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Com o objetivo de cultivar em laboratório tecido cardíaco capaz de pulsar de forma autônoma, uma equipe de pesquisadores da Universidade de Harvard, da Escola de Medicina e do Instituto de Tecnologia da Geórgia (ambos da Universidade de Emory) criou “peixes robóticos” movidos por células do coração humano.
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Segundo os cientistas, a descoberta é importante porque o corpo não pode substituir as células cardíacas perdidas por doença ou inflamação. Assim, os peixes, que nadam por conta própria, mostram como o tecido cardíaco cultivado em laboratório pode ser projetado para manter uma pulsação rítmica indefinidamente, relata o estudo publicado na revista Science.
“É um exercício de treinamento”, diz Kit Parker, professor de bioengenharia e física aplicada em Harvard. “Em última análise, eu quero construir um coração para uma criança doente”.
Imagem: Keel Yong Lee, Sung-Jin Park, Kevin Kit Parker
Como os robôs foram desenvolvidos
Inspirados em peixes zebra, os pequenos bio-híbridos são construídos a partir de papel, plástico, gelatina e duas tiras de células musculares cardíacas vivas. Uma tira corre ao longo do lado esquerdo do corpo do robô, e a outra do lado direito.
Quando as células musculares de um lado se contraem, a cauda se move nessa direção, impulsionando o peixe através da água. O movimento também faz com que a faixa de células musculares do lado oposto se estenda. Esse alongamento, por sua vez, produz um sinal que faz com que as células se contraiam, o que continua o movimento de natação. “Uma vez que esse ciclo começa, essas coisas começam a ser motorizadas”, diz Parker, explicando que os peixes são equipados com um conjunto especial de células que iniciam o ciclo de alongamento e contração.
A equipe, que conta também com os cientistas Keel Yong Lee, de Harvard, e Sung-Jin Park, da Emory, testou algumas amostras iniciais ativando artificialmente as células musculares. Eles colocaram os peixes restantes em uma incubadora e esqueceram deles por algumas semanas.
Quando finalmente abriram a incubadora, “todos os peixes estavam nadando sozinhos”, diz Park. Os peixes continuaram nadando por mais de três meses, sustentados por nutrientes adicionados ao fluido ao seu redor. Segundo Park, quando chegou a hora de sacrificar os pequenos nadadores, os cientistas ficaram tristes. “Temos uma espécie de apego emocional aos peixes”.
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Células cardíacas humanas não se regeneram naturalmente
“Uma vez que você nasce, cerca de dois dias depois de deixar o útero, o número de células musculares cardíacas que você tem é tudo que você vai ter para o resto de sua vida”, explica Parker. Então, os cientistas viram nos peixinhos robóticos uma oportunidade de solucionar esse problema nos casos de células danificadas.
“Optamos por testar as células cardíacas cultivadas em laboratório em peixes robóticos devido às semelhanças entre a natação e a ação de bombeamento de um coração”, diz Parker. “De certa forma, um peixe é uma bomba, mas, em vez de bombear sangue pelo corpo, ele se bombeia através da água”.
Em 2016, o laboratório de Parker construiu uma arraia alimentada por células cardíacas de roedores. Eles usaram a luz para controlar as células de uma forma que fez com que as barbatanas do robô se ondulassem, impulsionando-a através da água.
Desta vez, sua equipe usou a tecnologia de células-tronco para transformar células da pele humana em músculo cardíaco. “A coisa realmente interessante sobre esses peixes, que não esperávamos, é quanto tempo eles nadariam e quão rápido eles fariam isso”, diz Parker.
Segundo o cientista, as células cardíacas permanecem saudáveis se reconstruindo constantemente, um processo que leva cerca de 20 dias. “Como os peixes nadaram por mais de 100 dias, cada célula se reconstruiu lá cerca de cinco vezes”.
As células musculares também se tornaram mais fortes com o exercício, da mesma forma que as células em um coração humano fazem. Isso sugere que as células podem ser eventualmente usadas para reparar um coração doente.
Ética no uso de máquinas
Por enquanto, esse tipo de pesquisa deve ajudar os cientistas a entender como o coração funciona e testar drogas para problemas como insuficiência cardíaca, diz a engenheira mecânica Ritu Raman. “Você realmente precisa saber como é algo construído no contexto nativo, e como podemos recriar isso no laboratório o mais perto possível”.
Raman é pesquisadora do Instituto de Tecnologia de Massachusetts, que já produziu alguns robôs movidos a músculos esqueléticos, incluindo um que poderia se recuperar de uma lesão. “Este robô foi danificado e, depois de alguns dias, ele foi capaz de se mover e andar por aí como antes”, diz ela.
Robôs alimentados por células vivas levantaram questões éticas sobre se os cientistas estão ultrapassando as linhas entre máquinas e criaturas vivas. “Mas essas linhas ainda são bastante claras com os robôs de hoje”, diz Raman. “Tudo o que está realmente sendo feito é substituir um motor ou outra peça que você faria em uma máquina”, diz ela.
Ela acredita, no entanto, que, à medida que os bio-híbridos se tornam mais sofisticados, eles podem merecer a mesma consideração ética dada aos animais.
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