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Microcirurgia robótica revela como os embriões crescem

Reprodução, EPFL

Fonte

EPFL | Escola Politécnica Federal de Lausanne

Data

terça-feira, 10 janeiro 2023 15:50

Áreas

Bioengenharia. Biologia. Biomecânica. Cirurgia. Engenharia Biológica. Engenharia Biomédica. Engenharia de Tecidos. Microbiologia. Robótica. Sistemas de Controle.

Compreender a biologia por trás do desenvolvimento de um embrião é crucial não apenas do ponto de vista da ciência básica, mas também do ponto de vista médico. No entanto, são necessárias ferramentas que possam ajudar a explorar o desenvolvimento embrionário.

“A abordagem experimental original em embriologia é a microcirurgia”, disse o Dr. Andy Oates, professor da Escola de Ciências da Vida da Escola Politécnica Federal de Lausanne (EPFL), na Suíça. “Mas isso costumava ser feito com um microscópio muito simples e ferramentas muito simples, como espinhos de cacto ou pedaços de arame afiados. Outro problema é que naturalmente temos um tremor nas mãos, o que dificulta a microcirurgia para algumas pessoas. Leva anos de treinamento e apenas algumas pessoas podem fazê-la, então o rendimento é muito baixo.”

Combinando robótica e biologia

Em um esforço para abordar as limitações atuais das técnicas de microcirurgia, o professor Andy Oates uniu forças com o Dr. Selman Sakar, professor da Escola de Engenharia da EPFL e especialista em microtecnologia e robótica de pequena escala. “No meu laboratório, construímos ferramentas robóticas para micromanipulação de tecidos. Juntamente com Andy [Oates], perguntamos se poderíamos usar algumas dessas ferramentas para facilitar a pesquisa em embriologia em geral, para torná-la mais confiável e com maior rendimento e, neste caso, para entender especificamente a biomecânica de como ocorre a morfogênese [formação e estruturação de um tecido em desenvolvimento] em estudos de peixe-zebra”, disse o professor Selman Sakar.

Uma nova plataforma assistida por robô

No estudo, cujos resultados foram publicados na revista científica Nature Communications, os pesquisadores descreveram o uso de uma nova plataforma para ‘micromanipulação de tecidos assistida por robô’. A plataforma é compacta (200 mm x 100 mm x 70 mm), de alta resolução (4 nm em deslocamento linear e 25 μ° em rotação) e tem vários graus de liberdade. A ferramenta pode se posicionar automaticamente sem qualquer intervenção manual e fazê-lo com alta estabilidade reprodutível.

Os pesquisadores se inspiraram em sistemas de microcirurgia da oftalmologia e da neurologia, que também são bastante compactos e precisos, e também contam com microscópios, embora seus objetos-alvo sejam geralmente maiores que um embrião.

Os cientistas testaram as capacidades da plataforma usando-a para estudar o alongamento do eixo corporal do embrião do peixe-zebra. “Nosso laboratório se concentra em como a espinha dorsal se forma, e parte disso é como o corpo se alonga, cresce e se segmenta”, disse o professor Andy Oates. “Usamos o embrião do peixe-zebra como modelo e a ideia é observar a contribuição de diferentes partes do embrião para o processo de desenvolvimento. Neste caso, observamos como os embriões se alongam e se segmentam, e como esses dois processos interagem. Nossa abordagem é separar fisicamente o alongamento e a segmentação por microcirurgia e ver como cada um funciona quando o outro processo não está presente”, explicou o professor Oates.

Usando a plataforma, a doutoranda Ece Özelçi e colegas conseguiram atingir regiões precisas do embrião do peixe-zebra. A microcirurgia assistida por robô permitiu que eles removessem a cauda alongada do embrião e a cultivassem separadamente – um processo chamado explante, que é frequentemente usado em pesquisas embriológicas.

O estudo revelou um comportamento surpreendente da notocorda do embrião, que atua como uma ‘espinha dorsal’ inicial para a larva quando ela começa a nadar. “A notocorda empurra com tanta força dentro da cauda que pode se dobrar. Normalmente, o embrião se alongaria uniaxialmente, mas uma vez que paramos fisicamente o processo, a notocorda continuou se alongando, gerando tensões compressivas que levaram à flambagem”, destacou o Dr. Andy Oates.

“Além da embriologia, nossa pesquisa nos permite fazer engenharia reversa dos programas de desenvolvimento para engenharia de tecidos”, diz Sakar. “Se entendermos como as forças levam à morfogênese do tecido, poderíamos replicar essas condições com tecidos manipulados in vitro. Assim como os fatores bioquímicos, fornecer o ambiente e os sinais mecânicos corretos é fundamental para que os tecidos se desenvolvam e funcionem adequadamente”, disse o Dr. Selman Sakar.

“Também estamos motivados a criar máquinas biológicas projetadas para executar tarefas específicas de engenharia. Por exemplo, gostaríamos de projetar mini-corações que servem como bombas orgânicas com uma arquitetura muito mais simples em comparação ao coração real. Para esse fim, a microcirurgia assistida por robôs fornece não apenas os princípios de construção, mas também os meios para fabricar máquinas a partir da matéria viva por meio da automontagem guiada mecanicamente”, concluiu o professor Sakar.

Acesse o artigo científico completo (em inglês).

Acesse a notícia completa na página da Escola Politécnica Federal de Lausanne (em inglês).

Fonte: Nik Papageorgiou, EPFL. Imagem: microcirurgia robótica em laboratório. Fonte: Reprodução, EPFL.

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