Tecnologia Científica

Impressão 3-D da primeira superfície biomimética da língua
Uma língua biomimética será extremamente útil para aumentar a produtividade do desenvolvimento e reduzir a dependência dos fabricantes de testes em humanos nos estágios iniciais.
Por University of Leeds - 27/10/2020


O molde negativo impresso em 3D mostrando orifícios para as papilas filiformes e fungiformes. Crédito: University of Leeds

Os cientistas criaram superfícies macias sintéticas com texturas semelhantes à língua pela primeira vez usando impressão 3-D, abrindo novas possibilidades para testar propriedades de processamento oral de alimentos, tecnologias nutricionais, produtos farmacêuticos e terapias de boca seca.

Cientistas do Reino Unido liderados pela Universidade de Leeds em colaboração com a Universidade de Edimburgo reproduziram o design de superfície altamente sofisticado de uma língua humana e demonstraram que sua estrutura de silicone sintético impresso imita a topologia, elasticidade e molhabilidade da superfície da língua.

Esses fatores são fundamentais para a forma como o alimento ou a saliva interage com a língua, o que, por sua vez, pode afetar a sensação na boca, deglutição, fala, ingestão nutricional e qualidade de vida.

Uma língua biomimética ajudará os desenvolvedores a realizar a triagem de produtos recém-projetados e a acelerar os novos processos de desenvolvimento sem a necessidade de testes em humanos em estágios iniciais, que geralmente são muito caros e demorados.

Particularmente, desde o início da pandemia COVID-19, o distanciamento social tem apresentado desafios significativos para a realização de tais testes sensoriais e testes de consumo. Uma língua biomimética será extremamente útil para aumentar a produtividade do desenvolvimento e reduzir a dependência dos fabricantes de testes em humanos nos estágios iniciais.

Uma língua biomimética poderia ainda oferecer uma miríade de aplicações para lutar contra a adulteração em alimentos e outros produtos farmacêuticos administrados por via oral se os atributos texturais são as características que regem e podem salvar enormes perdas econômicas.

A natureza complexa da superfície biológica da língua apresenta desafios na replicação artificial, adicionando grandes obstáculos ao desenvolvimento e triagem de tratamentos ou terapias eficazes de longa duração para a síndrome da boca seca - cerca de 10% da população geral e 30% das pessoas mais velhas sofrem de boca seca.

O autor principal do estudo, Dr. Efren Andablo-Reyes, conduziu esta pesquisa enquanto era pós-doutorando na Escola de Ciência dos Alimentos e Nutrição em Leeds. Ele disse: "Recriar a superfície de uma língua humana comum apresenta desafios arquitetônicos únicos. Centenas de pequenas estruturas em forma de botão chamadas papila dão à língua sua textura áspera característica que, em combinação com a natureza macia do tecido, cria uma paisagem complicada de um perspectiva mecânica.

"Concentramos nossa atenção na seção dorsal anterior da língua, onde algumas dessas papilas contêm receptores gustativos, enquanto muitas delas não possuem esses receptores. Ambos os tipos de papilas desempenham um papel crítico no fornecimento do atrito mecânico correto para auxiliar no processamento de alimentos no boca com quantidade adequada de saliva, proporcionando sensação prazerosa na boca e lubrificação adequada para a deglutição.
 
"Nosso objetivo era replicar essas características mecanicamente relevantes da língua humana em uma superfície que seja fácil de usar no laboratório para reproduzir as condições de processamento oral."

O estudo que reuniu experiência única em ciência de colóides de alimentos, física da matéria mole, odontologia, engenharia mecânica e ciência da computação foi publicado hoje na revista ACS Applied Materials & Interfaces .

A equipe tirou impressões de silicone das superfícies da língua de quinze adultos. As impressões foram escaneadas opticamente em 3-D para mapear as dimensões das papilas, a densidade e a aspereza média das línguas. A textura de uma língua humana foi encontrada para se assemelhar a um layout aleatório.

A equipe usou simulações de computador e modelagem matemática para criar uma superfície artificial impressa em 3D para funcionar como um molde contendo poços com a forma e as dimensões das diferentes papilas distribuídas aleatoriamente pela superfície com a densidade correta. Este foi moldado em réplicas contra elastômeros de maciez e molhabilidade otimizadas.

O coautor da Universidade de Edimburgo, Rik Sarkar, da Escola de Informática, disse: "A aleatoriedade na distribuição das papilas parece desempenhar um papel sensorial importante para a língua.

"Definimos um novo conceito chamado probabilidade de colisão para medir a detecção mecanizada, que terá grande impacto nesta área. No futuro, usaremos uma combinação de aprendizado de máquina e topologia computacional para criar modelos de língua de diversos indivíduos saudáveis ​​e doentes para abordar vários condições. "

A superfície artificial foi então impressa em 3-D usando tecnologia de processamento digital de luz com base na Escola de Engenharia Mecânica de Leeds.

Imagem ótica 3D próxima à superfície da ponta da língua humana.
Crédito: Anwesha Sakar, University of Leeds

A equipe executou uma série de experimentos usando diferentes fluidos complexos para garantir que a molhabilidade da superfície impressa - como um líquido mantém contato e se espalha pela superfície - e o desempenho da lubrificação fosse o mesmo das impressões da língua humana.

O coautor, Dr. Michael Bryant, da Escola de Engenharia Mecânica de Leeds, disse: "A aplicação de princípios bio-tribológicos, o estudo de fricção e lubrificação, na criação dessa superfície semelhante a uma língua é um passo significativo neste campo .

"A capacidade de produzir réplicas precisas das superfícies da língua com estrutura e propriedades mecânicas semelhantes ajudará a agilizar a pesquisa e o desenvolvimento de cuidados bucais, produtos alimentícios e tecnologias terapêuticas."

A principal investigadora Anwesha Sarkar, professora de coloides e superfícies em Leeds, disse: "Mapear e replicar com precisão a superfície das línguas e combiná-la com um material que se aproxima da elasticidade da língua humana não foi uma tarefa fácil. Aproveitar a experiência de várias disciplinas STEM, nós ' Demonstramos a capacidade sem precedentes de uma superfície de silicone impressa em 3D de imitar o desempenho mecânico da língua humana.

"Acreditamos que fabricar uma superfície sintética com propriedades relevantes que imita as intrincadas características arquitetônicas e, mais importante, o desempenho lubrificante da língua humana é fundamental para obter uma compreensão quantitativa de como os fluidos interagem dentro da cavidade oral.

“Esta superfície biomimética da língua também pode servir como uma ferramenta mecânica única para ajudar a detectar falsificações em alimentos e bebidas de alto valor com base em atributos texturais, o que é uma preocupação global e pode ajudar a garantir a segurança alimentar.

"Em última análise, nossa esperança é que a superfície que projetamos possa ser importante para a compreensão de como a biomecânica da língua sustenta os fundamentos da alimentação e da fala humana.

 

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