Claudio Macedo
05/07/2016

Células HEK (Human Embryonic Kidney 293 cells). [1]
Células HEK (Human Embryonic Kidney 293 cells). [1]
O entendimento da dinâmica elétrica que ocorre entre as células no coração e no cérebro humano continua sendo extremamente desafiador. Esses sistemas apresentam interações muito complexas entre um grande número de células eletricamente excitáveis.

Pesquisadores norte-americanos obtiveram um importante avanço metodológico para estudar sistemas com a complexidade exibida pelas células do cérebro e do coração, ao desenvolver um tecido, a partir da cultura de células embrionárias de rim humano, capaz de fazer armazenamento e processamento de informações básicas, em que todos os componentes funcionais são conhecidos e bem compreendidos. O tecido criado pelos pesquisadores tem propriedades bioelétricas que o torna capaz de processar informações complexas com entrada e saída ótica [2].

A linha de pesquisa seguida pelos autores busca a concepção de sistemas mínimos que recriam os aspectos do ser vivo que evoluíram naturalmente. Examinando a necessidade e a suficiência de componentes individuais, esta estratégia pode aumentar a compreensão dos sistemas naturais mais complexos, e também pode apontar para princípios de design para sistemas sintéticos com novos comportamentos e propriedades.

No trabalho, foram estruturados anéis de células HEK (Human Embryonic Kidney 293 cells), geneticamente modificadas, de alguns milímetros de diâmetro, que puderam atuar como osciladores ao suportar pulsos circulantes de excitação elétrica. Os pulsos resultaram do comportamento coletivo das células: um pulso produzido por uma célula pode induzir outros de vizinhas, produzindo, eventualmente, uma onda coerente de excitação que viaja através do tecido. É essa coordenação, num ciclo de repetição de excitação, que simula a atividade rítmica no tecido cardíaco. Na experiência, as ondas de circulação mantiveram-se estáveis por mais de duas horas, com os pulsos completando alguns circuitos a cada segundo. Os sinais elétricos puderam ser visualizados como ondas de emissão fluorescente. Como os pulsos elétricos em um oscilador em anel podem se propagar em qualquer direção em torno do anel, é possível utilizá-lo como uma unidade de memória (bit) [3].

A possibilidade de ajuste por estímulo ótico faz com que as estruturas criadas com anéis de células HEK possam ser usadas para compreender e prever o comportamento das células cardíacas reais, especialmente as arritmias. No coração, se o ritmo dos batimentos cresce muito, ele começa a pular batidas e, eventualmente, torna-se arrítmico [3].

Outros usos práticos imaginados para o tipo de sistema criado no trabalho [2] é o desenvolvimento de dispositivos para o processamento de informações em tecidos vivos. É possível se pensar na construção de diodos, amplificadores, e outros elementos lógicos simples e a realização de cálculos através das interações das ondas oticamente induzidas, ou seja, a fabricação de biocomputadores [3].

[1] Crédito da imagem: Iznewton (Own work) [CC BY-SA 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)], via Wikimedia Commons. URL: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:HEK_293.jpg.

[2] HM McNamara et al. Optically Controlled Oscillators in an Engineered Bioelectric Tissue. Phys Rev X 6, 031001 (2016).

[3] P Ball. Biological Cells Form Electric Circuits. Physics. URL: http://physics.aps.org/articles/v9/75 (2016).

Como citar este artigo: Claudio Macedo. Circuitos elétricos de células humanas. Saense. URL: http://www.saense.com.br/2016/07/circuitos-eletricos-de-celulas-humanas/. Publicado em 05 de julho (2016).

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