Linguagem de programação para matéria ativa controla células com precisão

Rob?tica

Redação do Site Inovação Tecnológica - 10/03/2025

Mat?ria ativa

Em 2019, pesquisadores do Instituto de Tecnologia da Calif?rnia demonstraram um novo m?todo para usar luz para controlar mat?ria ativa, um tipo de material feito de pe?as individuais consumidoras de energia que agem como um todo para criar movimento mec?nico.

O processo funciona de forma semelhante a como muitos p?ssaros individuais formam um enxame que parece se mover como um todo, em uma harmonia impressionante.

Naquele trabalho, a equipe se concentrou na mat?ria ativa na forma de filamentos de prote?na de tamanho milim?trico, que normalmente comp?em o esqueleto de uma c?lula, ou citoesqueleto.

Agora, buscando inspira??o na teoria computacional, a mesma equipe desenvolveu a primeira "linguagem de programa??o" para mat?ria ativa, o que permitir? que os pesquisadores da ?rea realizem opera??es precisas em pequenos volumes de fluido no n?vel celular.

O m?todo tem grandes aplica??es em nanotecnologia e para estudar intera??es celulares.

"A mat?ria ativa tem sido um novo material ou recurso para a bioengenharia, mas, at? este ponto, vinha sendo imposs?vel control?-la," contextualizou o professor Matt Thomson. "Usando modelagem te?rica e computacional, [nosso aluno] Fan Yang utilizou princ?pios de superposi??o linear - que s? se mant?m em regimes de tamanho espec?ficos - para desenvolver a primeira linguagem de programa??o para mat?ria ativa. A percep??o te?rica de Fan permitiu o desenvolvimento da estrutura de programa??o."

Movimento celular

Esqueletos celulares, ou citoesqueletos, s?o redes de min?sculos filamentos de prote?nas que mudam de forma, permitindo que as c?lulas se movimentem, carreguem carga e se dividam. Os "ossos" do citoesqueleto s?o filamentos finos, semelhantes a tubos, chamados microt?bulos, que se juntam para formar andaimes tridimensionais.

Cada microt?bulo tem cerca de 10 micr?metros de comprimento, o que ? cerca de 1.000 vezes mais fino que um fio de cabelo humano. Junto com prote?nas motoras, que fornecem a propuls?o, essas estruturas incrivelmente pequenas se combinam para impulsionar a c?lula relativamente grande - ? como se um enxame de formigas impulsionasse um carro.

As c?lulas usam gradientes de subst?ncias qu?micas para induzir mudan?as na estrutura dos esqueletos de seus microt?bulos, e assim levar sua vida. No trabalho original, a equipe replicou essa motoriza??o alimentando suas estruturas usando gradientes de luz. Mas o sistema n?o era program?vel porque ningu?m sabia como projetar padr?es de luz para gerar campos de fluxo de fluidos para realizar tarefas espec?ficas. Funcionava, mas funcionava meio aleatoriamente.

Linguagem de programa??o de fluxo

Agora, Yang desenvolveu uma linguagem de programa??o para projetar fluxos de fluidos de mat?ria ativa que podem mover, classificar e montar c?lulas, misturar produtos qu?micos e aplicar tens?es mec?nicas a pequenos objetos, como ves?culas lip?dicas em c?lulas. Toda a programa??o j? foi testada em experimentos reais com os microt?bulos e funcionou como previsto.

Essa linguagem de programa??o ter? aplica??es importantes que dependem da manipula??o de c?lulas, da biologia b?sica ? descoberta e teste de medicamentos. Normalmente, os cientistas precisam usar micropipetas semelhantes a agulhas para esticar e separar c?lulas individuais, arriscando danos a essas c?lulas. Com a mat?ria ativa, ? poss?vel adicionar microt?bulos ativados por luz a um aglomerado de c?lulas e gentilmente empurr?-las para as posi??es desejadas usando apenas luz.

E tudo sem trabalho manual, projetando antecipadamente os movimentos necess?rios e ent?o programando-os usando a "linguagem de programa??o de fluxo" criada pela equipe.

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