Os pesquisadores, da Universidade de Cambridge, da Universidade Cornell e da Universidade de Stanford, afirmam que seu dispositivo pode imitar qualquer tipo de canãlula - bacteriana, humana ou atéa dura parede celular das plantas. Recentemente, suas pesquisas foram voltadas para como o COVID-19 ataca as membranas celulares humanas e, mais importante, como ele pode ser bloqueado.

Os dispositivos foram formados em chips, preservando a orientação e a funcionalidade da membrana celular e foram usados ​​com sucesso para monitorar a atividade dos canais ia´nicos, uma classe de protea­na nas células humanas que éalvo de mais de 60% dos produtos farmacaªuticos aprovados. Os resultados são publicados em dois artigos recentes em Langmuir e ACS Nano .

As membranas celulares desempenham um papel central na sinalização biológica, controlando tudo, do ala­vio da dor a  infecção por um va­rus, atuando como o guardia£o da porta entre uma canãlula e o mundo exterior. A equipe decidiu criar um sensor que preserva todos os aspectos cra­ticos de uma membrana celular - estrutura, fluidez e controle sobre o movimento de a­ons - sem as etapas demoradas necessa¡rias para manter uma canãlula viva.

O dispositivo usa um chip eletra´nico para medir quaisquer alterações em uma membrana subjacente extraa­da de uma canãlula, permitindo que os cientistas entendam com segurança e facilidade como a canãlula interage com o mundo exterior.

O dispositivo integra membranas celulares com eletrodos e transistores polimanãricos condutores. Para gerar as membranas no chip, a equipe da Cornell primeiro otimizou um processo para produzir membranas a partir de células vivas e, em seguida, trabalhando com a equipe de Cambridge, persuadiu-as a eletrodos polimanãricos de maneira a preservar toda a sua funcionalidade. Os polímeros condutores hidratados fornecem um ambiente mais 'natural' para as membranas celulares e permitem um monitoramento robusto da função da membrana.

A equipe de Stanford otimizou os eletrodos polimanãricos para monitorar as alterações nas membranas. O dispositivo não depende mais de células vivas que geralmente são tecnicamente desafiadoras para se manterem vivas e requerem atenção significativa, e as medições podem durar por um período prolongado.

"Como as membranas são produzidas a partir de células humanas, écomo fazer uma bia³psia dasuperfÍcie dessa canãlula - temos todo o material que estaria presente, incluindo protea­nas e lipa­dios, mas nenhum dos desafios do uso de células vivas", disse Susan Daniel, professor associado de engenharia química e biomolecular em Cornell e autor saªnior do artigo da ACS Langmuir .

"Esse tipo de triagem geralmente éfeito pela indústria farmacaªutica com células vivas, mas nosso dispositivo oferece uma alternativa mais fa¡cil", disse o Dr. Ra³isa­n Owens, do Departamento de Engenharia Quí­mica e Biotecnologia de Cambridge, e autor saªnior do artigo ACS Nano . "Esse manãtodo écompata­vel com a triagem de alto rendimento e reduziria o número de falsos positivos que o fazem entrar no pipeline de P&D".

"O dispositivo pode ser tão pequeno quanto o tamanho de uma canãlula humana e facilmente fabricado em matrizes, o que nos permite realizar várias medições ao mesmo tempo", disse a Dra. Anna-Maria Pappa, também de Cambridge e primeira autora conjunta em ambos os artigos. .

Atéo momento, o objetivo da pesquisa, apoiado pelo financiamento da Agência de Projetos de Pesquisa de Defesa dos Estados Unidos (DARPA), tem sido demonstrar como va­rus como o influenza interagem com as células. Agora, a DARPA forneceu fundos adicionais para testar a eficácia do dispositivo na triagem de possa­veis candidatos a medicamentos para o COVID-19 de maneira segura e eficaz.

Dados os riscos significativos envolvidos para os pesquisadores que trabalham com o SARS-CoV-2, o va­rus que causa o COVID-19, os cientistas do projeto se concentrara£o em criar membranas de va­rus e fundir as que estãocom os chips. As membranas virais são idaªnticas a  membrana SARS-CoV-2, mas não contem o a¡cido nucleico viral. Dessa maneira, novos medicamentos ou anticorpos para neutralizar os picos de va­rus usados ​​para obter entrada na canãlula hospedeira podem ser identificados. Espera-se que este trabalho comece em 1º de agosto.

“Com este dispositivo, não estamos expostos a ambientes de trabalho arriscados para combater o SARS-CoV-2. O dispositivo acelerara¡ a triagem dos candidatos a medicamentos e fornecera¡ respostas para perguntas sobre como esse va­rus funciona ”, disse Han-Yuan Liu, pesquisador da Cornell e primeiro autor conjunto dos dois artigos.

O trabalho futuro se concentrara¡ em ampliar a produção dos dispositivos em Stanford e automatizar a integração das membranas com os chips, aproveitando a experiência em fluidos de Stanford PI Juan Santiago, que se juntara¡ a  equipe em agosto.

“Este projeto mesclou idanãias e conceitos de laboratórios no Reino Unido, Califórnia e Nova York e mostrou um dispositivo que funciona de forma reproduza­vel nos três locais. a‰ um a³timo exemplo do poder de integrar a biologia e a ciência dos materiais ao lidar com problemas globais ”, disse Alberto Salleo, professor de PI da Stanford.