Por Philip Ball[2]
editado por Tanya Lewis - 1 de dezembro de 2023
Pesquisadores criaram “antropôs”
a partir de células pulmonares humanas que são capazes de se mover de forma
independente e até mesmo curar tecidos danificados
Um Antrobot, retratado com áreas
predominantemente azuis e verdes e manchas amarelas distribuídas por toda parte
As células da pele traqueal
humana se autoorganizam em organoides multicelulares móveis chamados antrobots.
Estas imagens mostram antrobots com cílios em sua superfície (amarelo)
distribuídos em diferentes padrões. Os padrões de superfície dos cílios estão
correlacionados com diferentes padrões de movimento: circulares, ondulantes,
curvas longas ou linhas retas. Gizem Gumuskaya et al., " Biobôs vivos
móveis se autoconstroem a partir de células-semente progenitoras somáticas
humanas adultas ", Advanced Science , 30 de novembro de 2023
Evolução
Em 2020, o biólogo Michael Levin
e seus colegas relataram ter criado "robôs biológicos" moldando
aglomerados de células em minúsculas formas artificiais que pudessem
"andar" sobre superfícies. A equipe de Levin argumentou que essas entidades,
que apelidou de xenobots por serem feitas de células da pele e do
músculo cardíaco da rã-de-unhas-africana Xenopus laevis, poderiam ser
consideradas um novo tipo de organismo. Essa afirmação talvez se tornasse mais
convincente quando, um ano depois, os pesquisadores demonstraram que os
xenobots podiam se automontar espontaneamente a partir das células da pele das
rãs e exibir comportamentos diversos ao nadar em líquidos.
Alguns pesquisadores
argumentaram que tal comportamento não era tão surpreendente nas células de
anfíbios, que são conhecidas por sua capacidade de regenerar partes do corpo em
caso de danos. Mas agora Levin e seus colegas da Universidade Tufts relatam na Advanced
Science que criaram entidades "robóticas" semelhantes a partir de
células humanas. Eles as chamam de antrobots.
A chave para a mobilidade dos
antrobots é que, assim como os xenobots, sua superfície é coberta por apêndices
proteicos semelhantes a pelos, chamados cílios, que se movem e impulsionam as
estruturas através de um fluido. Para realmente chegar a algum lugar, os cílios
precisam se mover juntos de forma coordenada.
Os antrobots não só sabem nadar,
como também parecem ter formas e comportamentos distintos — como linhagens ou
grupos dentro da mesma espécie de organismo. E a equipe de Tufts relata que os
antrobots parecem ser capazes de induzir uma forma rudimentar de cicatrização
de feridas em camadas de outras células humanas, levantando a possibilidade de
seu uso na medicina.
Alguns cientistas afirmam que a
importância desses aglomerados de células humanas, assim como a dos xenobots
originais, é exagerada; eles questionam se essas entidades que se formam
espontaneamente podem realmente ser consideradas uma espécie de "robô".
Alguns não viam nada de particularmente novo ou surpreendente na ideia de que
células de sapo pudessem formar pequenos aglomerados móveis. "De modo
geral, a comunidade de embriões de Xenopus que conhece essas células não
conseguia entender o motivo de tanto alvoroço", diz Jamie Davies, biólogo
do desenvolvimento da Universidade de Edimburgo, na Escócia, que não participou
do estudo de Levin de 2020 nem do recente. Ele também não se surpreende com o
fato de aglomerados de células humanas como esses se movimentarem.
Mas Levin argumenta que a chave
aqui é uma mudança de perspectiva. Em vez de considerar os aglomerados
celulares como pequenos pedaços de tecido que podem ser usados para
investigar a biologia humana, eles devem ser vistos como entidades semelhantes
a organismos por si só, com formas e comportamentos específicos que podem ser
usados como uma "plataforma biorobótica" para aplicações médicas e
outras — por exemplo, modificando sistematicamente essas características para
obter algum comportamento útil, como reparar tecidos danificados no corpo.
Os antrobots se desenvolvem
em formas distintas e com distribuição de cílios em sua superfície, o que lhes
permite se mover em diferentes padrões. Os padrões de movimento podem ser
aproveitados para diferentes propósitos, como viajar até uma ferida ou pairar
sobre ela.
Crédito: Gizem Gumuskaya et
al., " Biobots vivos móveis se autoconstroem a partir de células-semente
progenitoras somáticas humanas adultas ", Advanced Science , 30 de
novembro de 2023
Mais fundamentalmente, diz
Levin, os antrobots oferecem um vislumbre do "morfoespaço" disponível
para as células humanas, mostrando que podem construir espontaneamente não
apenas os tecidos e órgãos do corpo humano, mas também estruturas bastante
diferentes que a própria natureza nunca gerou. "Estamos explorando
aspectos do morfoespaço", diz ele. "A evolução nos dá um pequeno
ponto de variação, mas na verdade há muito mais". Essa capacidade das
células e tecidos de desenvolver diferentes tipos de estruturas é chamada de
plasticidade.
Os antrobots, cada um com 30 a
500 micrômetros de diâmetro e capaz de sobreviver por até dois meses, são
feitos de células retiradas de tecido pulmonar humano adulto. Esse tecido
possui naturalmente cílios em sua superfície que se movem para frente e para
trás para transportar muco, que pode absorver e, assim, remover os detritos do
ar inalado. (Em contraste, os cílios da pele do sapo movimentam o muco para
manter a pele úmida)
Já se sabe que esse tipo de
tecido pode se agregar em aglomerados ciliados. Desde o início da década de
2010, diversos artigos relatam que tais agregados, frequentemente chamados de organoides,
podem ser usados para estudar a função pulmonar. Em alguns desses agregados,
os cílios apontam para um espaço interior oco, como nos ramos das próprias vias
aéreas humanas. Mas, nos últimos anos, pesquisadores também encontraram
aglomerados de células das vias aéreas (esferoides) aproximadamente esféricos
crescendo com os cílios apontando para fora de sua superfície, como ocorre em
antrobots.
Como o trabalho anterior se
concentrava em criar organoides como modelos do sistema respiratório humano,
não incluiu nenhuma investigação sobre o comportamento das estruturas
celulares. Em geral, os estudos mantiveram os esferoides das vias aéreas incorporados
e imobilizados em um gel rico em proteínas chamado Matrigel. "Nosso
objetivo principal era desenvolver um sistema organoide das vias aéreas para
identificar potenciais terapias medicamentosas para tratar a fibrose
cística", uma doença pulmonar congênita, afirma o patologista Walter
Finkbeiner, da Universidade da Califórnia, em São Francisco, um dos autores dos
estudos anteriores.
Em contraste, a equipe de Levin
queria liberar os esferoides. "O passo complicado é dissolver o Matrigel
suavemente para remover as proteínas do gel, mas não aquelas que mantêm os
esferoides unidos", diz Gizem Gumuskaya, da Tufts, autora principal do
novo artigo. Ela afirma que duas das três abordagens anteriores para a produção
de esferoides para vias aéreas moldaram os aglomerados, criando-os em pequenos
poços, em vez de permitir que se automontassem, como fez sua equipe, explorando
assim a plasticidade inata das células. Ela acrescenta que este último método
produz os esferoides de forma mais rápida e eficiente.
Os antrorobôs podem se
fundir espontaneamente para formar uma estrutura maior chamada superrobô, que
demonstrou a capacidade de estimular o crescimento de neurônios.
Crédito: Gizem Gumuskaya et
al., " Biorobôs vivos móveis se autoconstroem a partir de células-semente
progenitoras somáticas humanas adultas ", Advanced Science , 30 de
novembro de 2023
O primeiro desafio para a equipe
de Tufts será persuadir os outros de que os antrobots são entidades
independentes por direito próprio, com formas e comportamentos que as células
"procuram" coletivamente, em vez de apenas pedaços aleatórios de tecido
humano que se parecem superficialmente com microrganismos.
Davies, que já foi coautor de um
artigo de revisão sobre morfologia sintética com Levin, sentiu que havia algum
interesse no trabalho inicial com xenobots. Mas ele não se impressiona com o
fato de os aglomerados de células humanas poderem "nadar" com seus
cílios. Isso, diz ele, é praticamente inevitável se você tiver cílios pulsantes
depois que os esferoides forem liberados da matriz de gel. Isso é apenas
mecânica newtoniana e é puramente uma função acidental, diz ele, acrescentando:
"Não consigo entender como esses aglomerados de células com cílios
agitados merecem o termo 'bots’”.
O comportamento desses
organoides ilustra a funcionalidade biológica das células que os compõem, de
acordo com Salvatore Simmini e Jenna Moccia, da empresa de biotecnologia
STEMCELL Technologies, que também desenvolveram organoides para vias aéreas
humanas. Se os movimentos coordenados dos cílios que varrem o muco para fora
das vias aéreas forem mantidos nos organoides com os cílios voltados para fora,
disseram Simmini e Moccia, os cílios atuarão como pequenos remos impulsionando
os aglomerados de células através do líquido.
Levin e seus colegas argumentam
que esses movimentos não são apenas aleatórios. Após investigar
estatisticamente os movimentos de centenas de antrobots, eles afirmam que os
bots parecem se dividir em classes distintas. Em um grupo, as estruturas —
pequenas e mais ou menos esféricas — possuem cílios por toda a superfície e não
tendem a se mover. Os outros grupos têm estruturas mais irregulares — com
formato de batata —, cobertas apenas parcialmente por cílios. Eles diferem por
possuírem cílios firmemente agrupados em uma região, o que os leva a nadar em
trajetórias circulares, ou por possuírem cílios mais dispersos, o que os faz se
mover em linhas retas.
Os pesquisadores dizem que cada
um desses tipos morfológicos e comportamentais pode ser considerado uma
estrutura alvo inerente para os grupos de células — assim como os diferentes
tipos de tecidos ou órgãos do corpo humano.
"O que nunca foi
demonstrado antes é o efeito que essas coisas têm em outras células",
acrescenta Levin. Quando os pesquisadores colocaram os robôs antropomórficos
sobre uma camada plana de neurônios humanos cultivados em uma placa de circuito
impresso que havia sido danificada por um arranhão, descobriram que os robôs
ajudavam os neurônios a se regenerarem através da lacuna. Isso não se deveu
apenas ao fato de os robôs antropomórficos fornecerem uma ponte passiva entre
as duas bordas, mas também porque pequenos pedaços de um gel polissacarídeo
inerte não tiveram o mesmo efeito.
"Não conhecemos o
mecanismo, e essa é uma das coisas que estamos tentando descobrir", diz
Gumuskaya. "Mas sabemos que não é meramente mecânico." Levin suspeita
que os antrobots estejam enviando sinais — talvez bioquímicos — aos neurônios
nas bordas do arranhão, incentivando-os a crescer na abertura.
“Descobrir essa capacidade foi
uma das primeiras coisas que analisamos”, diz Levin. “Isso me diz que
provavelmente há muitas outras possibilidades, e isso é apenas a ponta do
iceberg. Isso abre a possibilidade de usar essas construções para afetar outras
células [em organismos vivos ou em uma placa de laboratório] de muitas outras
maneiras.” Gumuskaya espera buscar comportamentos de “cura” semelhantes em
modelos de doenças neurodegenerativas humanas, como organoides neuronais que
imitam o cérebro; Levin sugere que robôs antropomórficos podem ser usados
para ajudar a reparar retinas ou medulas espinhais danificadas. Mas tais
ideias permanecem totalmente especulativas por enquanto.
[1] SCIAM - https://www.scientificamerican.com/article/robots-made-from-human-cells-can-move-on-their-own-and-heal-wounds/
[2] Philip Ball é um escritor e autor científico radicado
em Londres. Seu livro mais recente é " How Life Works" (University of
Chicago Press, 2023).
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