Pesquisadores de Princeton criaram um dispositivo que pode agrupar grupos de células como ovelhas, direcionando com precisão os movimentos das células manipulando campos elanãtricos para imitar os encontrados no corpo durante a cura. A técnica abre novas possibilidades para a engenharia de tecidos, incluindo abordagens para promover a cicatrização de feridas, reparar vasos sangua­neos ou esculpir tecidos.

Os cientistas sabem hámuito tempo que os sinais eletroquímicos que ocorrem naturalmente no corpo podem influenciar a migração, o crescimento e o desenvolvimento das células - um fena´meno conhecido como eletrotaxia. Esses comportamentos não são tão bem compreendidos quanto a quimiotaxia, na qual as células respondem a diferenças de concentração química. Uma barreira tem sido a falta de ferramentas acessa­veis para examinar rigorosamente as respostas das células aos campos elanãtricos.

O novo sistema, montado a partir de pea§as baratas e prontamente dispona­veis, permite que os pesquisadores manipulem e mea§am os movimentos das células cultivadas de maneira confia¡vel e repeta­vel. Em um artigo publicado em 24 de junho na Cell Systems, a equipe de Princeton descreveu a montagem e os estudos preliminares usando o dispositivo, que eles chamam de SCHEEPDOG, para a gravação celular espacial e temporal com potenciais eletroquímicos para orientar dinamicamente a galvanotaxia. (Galvanotaxia éoutro termo para eletrotaxia.)

Os sistemas anteriores para estudar as respostas das células aos campos elanãtricos foram “feitos sob medida e feitos a  ma£o, com questões de reprodutibilidade ou exigindo instalações de fabricação que as tornam caras e inacessa­veis a muitos laboratórios”, disse o co-autor principal Tom Zajdel , pesquisador de pa³s-doutorado. em engenharia meca¢nica e aeroespacial . "Quera­amos usar manãtodos de prototipagem rápida para criar um dispositivo bem definido que vocêpudesse prender na sua placa de Petri."

Embora exista uma longa história de trabalho em eletrotaxia, disse Zajdel, o fena´meno não bem compreendido. Evidaªncias mostram, por exemplo, que reverter a direção de um campo elanãtrico natural pode inibir a cicatrização de feridas em modelos animais, enquanto a ampliação do campo existente pode melhorar a cicatrização.

"Ha¡ muitas inca³gnitas sobre como células individuais detectam esses campos", disse o autor saªnior Daniel Cohen , professor assistente de engenharia meca¢nica e aeroespacial. "Mas a beleza da dina¢mica da multida£o éque, mesmo que vocênão entenda tudo sobre os indiva­duos, ainda épossí­vel projetar comportamentos noníveldo grupo para obter resultados práticos."

O dispositivo SCHEEPDOG contanãm dois pares de eletrodos usados ​​para gerar campos elanãtricos ao longo de eixos horizontais e verticais, além de registrar sondas para medir tensão e materiais integrados para separar as células dos subprodutos químicos dos eletrodos. Onívelde voltagem ésemelhante ao de uma bateria AA concentrada sobre a ca¢mara de centa­metro de largura que contanãm as células.

A equipe testou o SCHEEPDOG usando células da pele de mama­feros e células epiteliais do revestimento do rim, que são frequentemente usadas para estudar os movimentos coletivos das células. Eles descobriram que os sinais de tempo manãdio das células gerados ao longo dos dois eixos em uma janela de tempo de cerca de 20 segundos: ligar o campo elanãtrico vertical por 15 segundos e o campo horizontal por 5 segundos, por exemplo, faria com que as células migrassem mais na vertical do que na direção horizontal.

"O que as células percebem éuma espanãcie de a¢ngulo virtual, e isso nos permite programar qualquer manobra complexa, como um ca­rculo completo", disse Cohen. "Isso érealmente surpreendente - éumnívelincra­vel de controle que não espera¡vamos que fosse possí­vel, especialmente com milhares de células vizinhas executando essas manobras sob comando".

O estudo "contribui para a crescente apreciação das respostas das células aos aspectos bioelanãtricos do ambiente", disse Michael Levin, que dirige o Centro de Biologia Regenerativa e do Desenvolvimento da Universidade Tufts e não participou da pesquisa. “Ele demonstra uma técnica para abordar não apenas as atividades individuais das células em resposta a sinais bioelanãtricos, mas a ação de um coletivo de células, essencial para entender como as forças físicas atuam no tipo de cooperatividade que vemos na embriogaªnese, regeneração e ca¢ncer. "

Usando o SCHEEPDOG, a equipe estãoexpandindo seus estudos para diferentes tipos de células e contextos. O estudante de graduação Gawoon Shim estãoinvestigando como os na­veis varia¡veis ​​de adesão canãlula-canãlula afetam a migração celular direcionada - informações importantes para eventuais aplicações, como regeneração de pele, vasos sangua­neos e células nervosas em tecidos danificados.

"Este éo primeiro passo para qualquer cura e regeneração que possamos precisar" em uma variedade de contextos clínicos, disse Shim, co-autor principal do estudo, juntamente com Zajdel. "Estamos aprendendo a direcionar as células para onde precisamos delas, e então podemos descobrir o que elas fara£o depois".

A aplicação dos princa­pios de engenharia para entender e controlar a eletrotaxia aprofundara¡ a compreensão de seu papel não apenas no movimento celular, mas também no crescimento e diferenciação, disse Cohen. Enquanto as técnicas atuais de regeneração de tecidos de ponta geralmente envolvem a pré-padronização de novos tecidos, esculpir tecidos com campos elanãtricos pode permitir mais flexibilidade e melhores resultados. "A longo prazo, isso pode oferecer maneiras completamente novas e empolgantes de pensar sobre como trabalhar com tecidos vivos", disse ele.