Nanorrobôs controlados pela mente são usados para liberar substâncias químicas em Baratas vivas

Isto é algo espantoso: uma equipe de cientistas israelenses desenvolveram um aparelho que usa ondas cerebrais de uma pessoa para controlar remotamente nanorrobôs baseados em DNA, enquanto estavam dentro de uma barata viva. Quando solicitado por um pensamento humano, os robôs semelhantes a conchas se abriram, revelando uma molécula de droga, que alterou a fisiologia das células da barata.

Apesar de ser “apenas uma demonstração e prova de conceito”, a tecnologia representa uma nova era de interfaces cérebro-nanomaquina que liga o estado mental de uma pessoa a cargas bioativas, tais como drogas. Técnicas futuras que poderão ser construídas baseada neste protótipo poderia ser útil para a esquizofrenia, depressão ou outros transtornos mentais, em que as drogas só são ativados quando as ondas cerebrais do paciente demonstrarem sinais de anormalidade.

Os autores publicaram seu estudo na revista acadêmica PLoS ONE.

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Controlando o destino

Hackear as funções corporais de uma barata com os nossos pensamentos é muito legal por si só, mas os cientistas desenvolveram sua tecnologia com outro objetivo em mente: solucionar um problema espinhoso na entrega da droga.

Conseguir levar as drogas onde você quiser e quando quiser, é extremamente difícil, especialmente para aquelas que agem no interior do cérebro.

Quando uma pílula neuroativa se abre (dizem Adderall ou Ritalin para TDAH), os ingredientes ativos circulam pelo corpo. Alguns imediatamente são destruídos pelo fígado, diminuindo a eficácia, outros correm através da corrente sanguínea, causando muitas vezes efeitos colaterais. Os cientistas têm tentado contornar isso, encapsulando drogas em diferentes revestimentos de comprimidos ou géis para atrasar a liberação. Mas mesmo estes sistemas não são totalmente controláveis, pois não há nenhuma maneira de desligá-los uma vez que as cascas de revestimento se soltam.

Alguns anos atrás, uma equipe de cientistas de Harvard liderados pelo Dr. George Church surgiram uma solução exótica: nanorrobôs origami de DNA.

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Com uma forma de conchas de moluscos, estes robôs em nanoescala são feitos de fios de moléculas de DNA sintético que encapsulam a carga de drogas até que seja hora para a entrega. Ao contrário dos comprimidos de liberação controlada, a droga é fisicamente amarrada a concha, então nunca sera fisicamente liberado ao percorrer o corpo. Em vez disso, a carga útil só funciona quando a concha seja aberta; ao apertá-la ela fechada, e você bloqueia imediatamente a droga.

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A abertura do nanorrobô é controlada por duas fechaduras, cada uma delas com um filamento de DNA especial chamado aptâmero que se liga a um receptor de uma molécula, alvo na superfície de células de câncer, por exemplo. Quando os bloqueios de aptâmeros atingem o alvo, a concha se descompacta, entregando a carga útil.

“Estes nanorrobôs são o primeiro sistema que se aproxima do controle arbitrário real das moléculas terapêuticas”, escreveu a equipe de Israel no estudo. Mas eles nos obrigam a encontrar alvos moleculares específicos, presentes em estados doentes e não normais para o robô se vincular. O que já é difícil para o câncer. Para transtornos mentais, é quase impossível.

Para os nanorrobôs de DNA trabalharem nessas condições, precisamos de outros modos de controle.

O pensamento da equipe se resume assim: uma vez que os transtornos mentais são frequentemente acompanhadas por sinais indicadores de atividade cerebral anormais que podem ser detectados por EEG, e se usarmos ondas cerebrais para controlar os nanorrobôs de DNA e a liberação da droga?

A mente controlando a matéria

Para testar a sua ideia, a equipe testou um sistema simples, prova-de-conceito que pode ser ainda mais otimizado para uso terapêutico real.

Em primeiro lugar, eles treinaram um algoritmo para distinguir entre os padrões de EEG de pessoas em repouso ou realizar aritmética mental vigorosa. Eles, então, conectaram a uma molécula fluorescente, a carga de drogas, para os seus robôs de DNA, marcando-os com nanopartículas de ferro, em seguida injetaram os bots nas barrigas de baratas vivas que foram colocados dentro de bobinas eletromagnéticas.

As nanopartículas de ferro são fundamentais: como os aptâmeros foram anteriormente, eles agem como bloqueios que controlam o robô de DNA.

Um ser humano com um boné EEG sentou-se ao lado do sistema, e era solicitado, quando estava mentalmente relaxado, ou quando resolvia problemas matemáticos. As ondas cerebrais foram descodificadas em tempo real e usadas para alterar o estado da bobina electromagnética, ligada durante os cálculos. A mudança no campo eletromagnético aqueceu as nanopartículas de ferro, que por sua vez desbloquearam a concha do nanorrobô, expondo a molécula fluorescente.

Dentro de 18 segundos após a ativação campo, os cientistas detectaram a fluorescência na barata, confirmando que o equipamento tinha trabalhado como planejado. Além do mais, quando o controlador humano estava mentalmente relaxado, a concha de DNA fechava novamente e a fluorescência desaparecia, sugerindo que os robôs, ainda estavam fisicamente intactos e tinha sido desativados com êxito.

“Estes resultados demonstram uma relação bem sucedida entre o sujeito de teste e os robôs de DNA no interior dos animais que vivem”, concluíram os autores.

Terapias telepáticas

Os autores acreditam que os futuros desenhos de sua tecnologia podem ser usados para disparar automaticamente a libertação do fármaco em seres humanos quando necessário.

O algoritmo pode ser treinado para controlar estados cerebrais que fundamentam a ADHD ou a esquizofrenia ou não ser modificados para atender às suas necessidades, explica o autor do estudo Sachar Arnon a New Scientist. Por exemplo, se o EEG detecta sinais de um episódio depressivo em expansão, poderia desencadear robôs de DNA para expor anti-depressivos brevemente para neutralizar os sintomas antes que se tornem mais agressivos. Desta forma, o cérebro não é perpetuamente banhado em drogas que alteram a mente, mesmo quando eles não são necessários.

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É uma ideia futurista, e muitas coisas ainda precisam ser resolvidas.

“Há o desafio de levá-lo para o mundo real”, diz o autor do estudo Dr. Doron Friedman para a Singularity Hub.

“Embora haja alguma tendência para tecnologias vestíveis, ainda é muito difícil de medir sinais (EEG) com alta qualidade de pessoas na vida cotidiana”, explica Friedman. Para que o sistema funcione como planejado, a equipe prevê um dispositivo de EEG como um aparelho auditivo assim continuamente e discretamente monitora a atividade cerebral. Quando ocorrerem anomalias, ele aciona um dispositivo vestível, por exemplo, um smartwatch, um óculos ou jóias, para criar os campos eletromagnéticos necessárias para expor a droga.

Mas, mesmo a atividade cerebral de decodificação é difícil, admite Friedman. No momento, podemos encontrar algumas diferenças no EEG entre pacientes com transtornos mentais e o controle no laboratório, diz ele. No entanto, ter um neuromarker confiável, que funcione em tempo real é um problema diferente, no qual estamos trabalhando ativamente, diz ele.

No entanto, a equipe está otimista pois sua invenção pode ir muito longe.

“Nós apenas arranhamos a superfície”, diz Arnon.

Neste estudo, a equipe usou a atividade do cérebro como o sinal de disparo. No entanto, outros parâmetros devem ser igualmente eficazes no controle de bots de DNA, e estes dados estão tornando-se cada vez mais acessíveis. Por exemplo, aplicações de monitorização cardíaca já estão disponíveis para dispositivos móveis, e alguns estão trabalhando em dispositivos que controlam o açúcar no sangue e outros parâmetros corporais.

Uma engenhoca semelhante poderia ajudar-nos a auto-mediar quando necessário. Com um pensamento, poderíamos desencadear um patrulhando de robôs de DNA para liberar melatonina para acalmar as noites sem dormir ou cafeína para nos animar. Poderíamos até mesmo chegar ao nível ideal de bêbado.

“Imagine se você pudesse fornecer a quantidade exata de álcool para mantê-lo em um estado feliz, mas não bêbado. É uma coisa estúpida, mas isso poderia acontecer “, diz Arnon.

Depois, há a questão da segurança: que medidas de combate precisam ser tomadas para evitar que pensamentos de outras pessoas controlem nossa fisiologia?

“Parece que ainda temos muito trabalho a fazer”, diz Friedman. Mas tome nota: nós podemos ter apenas vislumbrado o início de um mundo onde a mente sobrepõe o corpo.

Texto: Shelly Fan, neurocientista na Universidade da Califórnia. Fonte: Singularityhub