A imagem em preto e branco do microscópio de fase acima ajudou os pesquisadores da UCI a identificar onde as nanoestruturas da proteína refletida nas lulas estavam presentes nas células humanas (regiões escuras, com algumas indicadas por setas brancas). O painel colorido mostra o comprimento do caminho associado para a luz percorrer uma determinada área (o vermelho corresponde a comprimentos mais longos e o azul corresponde a comprimentos mais curtos). Atouli Chatterjee / UC
Projeto de pesquisa bioinspirada é o primeiro passo em direção a tecidos intrinsecamente translúcidos
Polvos, lulas e outras criaturas marinhas podem fazer um ato de desaparecimento usando tecidos especializados em seus corpos para manipular a transmissão e o reflexo da luz, e agora pesquisadores da Universidade da Califórnia em Irvine projetaram células humanas para ter habilidades transparentes semelhantes.
Em um artigo publicado na Nature Communications , os cientistas descreveram como eles se inspiraram na pele dos cefalópodes para dotar as células de mamíferos de transparência ajustável e características de dispersão da luz.
"Por milênios, as pessoas são fascinadas pela transparência e invisibilidade, que inspiraram especulações filosóficas, obras de ficção científica e muita pesquisa acadêmica", disse o principal autor Atrouli Chatterjee, estudante de doutorado da UCI em engenharia química e biomolecular. "Nosso projeto - que é decididamente no campo da ciência - centra-se no design e engenharia de sistemas e tecidos celulares com propriedades controláveis para transmitir, refletir e absorver luz".
Chatterjee trabalha no laboratório de Alon Gorodetsky, professor associado de engenharia química e biomolecular da UCI, que tem uma longa história em explorar como as capacidades de mudança de cor dos cefalópodes podem ser imitadas para desenvolver tecnologias exclusivas para beneficiar as pessoas. A pesquisa bioinspirada de sua equipe levou a avanços na camuflagem de infravermelho e outros materiais avançados.
Para este estudo, o grupo inspirou-se na maneira como as lulas fêmeas de Doryteuthis opalescens podem escapar dos predadores, trocando dinamicamente uma faixa do manto de branco quase transparente para branco opaco. Os pesquisadores pegaram emprestado algumas das partículas intercelulares baseadas em proteínas envolvidas nessa técnica de camuflagem biológica e encontraram uma maneira de introduzi-las nas células humanas para testar se os poderes de dispersão da luz são transferíveis para outros animais.
Esta espécie de lula possui células reflexivas especializadas chamadas leucóforos, que podem alterar a forma como dispersam a luz. Dentro dessas células estão os leucossomos, partículas ligadas à membrana que são compostas de proteínas conhecidas como reflectinas, que podem produzir camuflagem iridescente.
Em seus experimentos, os pesquisadores cultivaram células renais embrionárias humanas e as modificaram geneticamente para expressar reflectin. Eles descobriram que a proteína se reunia em partículas no citoplasma das células em um arranjo desordenado. Eles também viram através de microscopia óptica e espectroscopia que as estruturas baseadas em reflectina introduzidas fizeram com que as células mudassem sua dispersão da luz.
"Ficamos surpresos ao descobrir que as células não apenas expressavam reflectina, mas também empacotavam a proteína em nanoestruturas esferoidais e as distribuíam pelo corpo das células", disse Gorodetsky, co-autor deste estudo. “Através da microscopia quantitativa de fase, conseguimos determinar que as estruturas proteicas tinham características ópticas diferentes quando comparadas ao citoplasma dentro das células; em outras palavras, eles se comportaram opticamente quase como em seus leucóforos nativos de cefalópodes. ”
Em outra parte importante do estudo, a equipe testou se a refletância poderia ser ativada e desativada por estímulos externos. Eles imprensaram células entre placas de vidro revestidas e aplicaram diferentes concentrações de cloreto de sódio. Medindo a quantidade de luz transmitida pelas células, eles descobriram que os expostos a níveis mais altos de sódio dispersavam mais luz e se destacavam mais dos arredores.
"Nossos experimentos mostraram que esses efeitos apareceram nas células modificadas, mas não nas células que não possuíam as partículas refletidas, demonstrando um método valioso potencial para ajustar as propriedades de dispersão da luz nas células humanas", disse Chatterjee.
Enquanto humanos invisíveis ainda estão firmemente no reino da ficção científica, Gorodetsky disse que a pesquisa de seu grupo pode oferecer alguns benefícios tangíveis no curto prazo.
"Este projeto mostrou que é possível desenvolver células humanas com propriedades ópticas sensíveis a estímulos inspiradas por leucóforos em celfalópodes, e mostra que essas incríveis proteínas reflectinas podem manter suas propriedades em ambientes celulares estranhos", disse ele.
Ele disse que o novo conhecimento também poderia abrir a possibilidade de usar reflectinas como um novo tipo de marcador biomolecular para aplicações em microscopia médica e biológica.
Este projeto, que recebeu apoio da Agência de Projetos de Pesquisa Aplicada em Defesa e do Escritório de Pesquisa Científica da Força Aérea, também envolveu pesquisadores da Universidade da Califórnia, San Diego e Hamamatsu Photonics, no Japão.
Sobre a Universidade da Califórnia, Irvine: Fundada em 1965, a UCI é o membro mais jovem da prestigiada Association of American Universities. O campus produziu três prêmios Nobel e é conhecido por seu desempenho acadêmico, pesquisa de ponta, inovação e mascote de tamanduá. Liderada pelo chanceler Howard Gillman, a UCI tem mais de 36.000 estudantes e oferece 222 programas de graduação.
Expandindo referencias:
Nenhum comentário:
Postar um comentário