Os cientistas criaramsuperfÍcies macias sintanãticas com texturas semelhantes a  la­ngua pela primeira vez usando impressão 3-D, abrindo novas possibilidades para testar propriedades de processamento oral de alimentos, tecnologias nutricionais, produtos farmacaªuticos e terapias de boca seca.

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

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

Uma la­ngua biomimanãtica ajudara¡ os desenvolvedores a realizar a triagem de produtos recanãm-projetados e a acelerar os novos processos de desenvolvimento sem a necessidade de testes em humanos em esta¡gios iniciais, que geralmente são muito caros e demorados.

Particularmente, desde o ini­cio da pandemia COVID-19, o distanciamento social tem apresentado desafios significativos para a realização de tais testes sensoriais e testes de consumo. Uma la­ngua biomimanãtica seráextremamente útil para aumentar a produtividade do desenvolvimento e reduzir a dependaªncia dos fabricantes de testes em humanos nos esta¡gios iniciais.

Uma la­ngua biomimanãtica poderia ainda oferecer uma mira­ade de aplicações para lutar contra a adulteração em alimentos e outros produtos farmacaªuticos administrados por via oral se os atributos texturais são as caracteri­sticas que regem e podem salvar enormes perdas econa´micas.

A natureza complexa dasuperfÍcie biológica da la­ngua apresenta desafios na replicação artificial, adicionando grandes obsta¡culos ao desenvolvimento e triagem de tratamentos ou terapias eficazes de longa duração para a sa­ndrome 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 pa³s-doutorando na Escola de Ciência dos Alimentos e Nutrição em Leeds. Ele disse: "Recriar asuperfÍcie de uma la­ngua humana comum apresenta desafios arquiteta´nicos aºnicos. Centenas de pequenas estruturas em forma de botão chamadas papila da£o a  la­ngua sua textura a¡spera caracterí­stica que, em combinação com a natureza macia do tecido, cria uma paisagem complicada de um perspectiva meca¢nica.

"Concentramos nossa atenção na seção dorsal anterior da la­ngua, onde algumas dessas papilas contem receptores gustativos, enquanto muitas delas não possuem esses receptores. Ambos os tipos de papilas desempenham um papel crítico no fornecimento do atrito meca¢nico 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 caracteri­sticas mecanicamente relevantes da la­ngua humana em umasuperfÍcie que seja fa¡cil de usar no laboratório para reproduzir as condições de processamento oral."

O estudo que reuniu experiência única em ciência de cola³ides de alimentos, física da matéria mole, odontologia, engenharia meca¢nica e ciência da computação foi publicado hoje na revista ACS Applied Materials & Interfaces .

A equipe tirou impressaµes de silicone dassuperfÍcies da la­ngua de quinze adultos. As impressaµes foram escaneadas opticamente em 3-D para mapear asDimensões das papilas, a densidade e a aspereza média das la­nguas. A textura de uma la­ngua humana foi encontrada para se assemelhar a um layout aleata³rio.

A equipe usou simulações de computador e modelagem matemática para criar umasuperfÍcie artificial impressa em 3D para funcionar como um molde contendo poa§os com a forma e asDimensões das diferentes papilas distribua­das aleatoriamente pelasuperfÍcie com a densidade correta. Este foi moldado em ranãplicas contra elasta´meros de maciez e molhabilidade otimizadas.

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

"Definimos um novo conceito chamado probabilidade de colisão para medir a detecção mecanizada, que tera¡ grande impacto nesta área. No futuro, usaremos uma combinação de aprendizado de ma¡quina e topologia computacional para criar modelos de la­ngua de diversos indivíduos sauda¡veis ​​e doentes para abordar vários condições. "

AsuperfÍcie artificial foi então impressa em 3-D usando tecnologia de processamento digital de luz com base na Escola de Engenharia Meca¢nica de Leeds.

A equipe executou uma sanãrie de experimentos usando diferentes fluidos complexos para garantir que a molhabilidade dasuperfÍcie impressa - como um la­quido mantanãm contato e se espalha pelasuperfÍcie - e o desempenho da lubrificação fosse o mesmo das impressaµes da la­ngua humana.

O coautor, Dr. Michael Bryant, da Escola de Engenharia Meca¢nica de Leeds, disse: "A aplicação de princa­pios bio-tribola³gicos, o estudo de fricção e lubrificação, na criação dessasuperfÍcie semelhante a uma la­ngua éum passo significativo neste campo .

"A capacidade de produzir ranãplicas precisas dassuperfÍcies da la­ngua com estrutura e propriedades meca¢nicas semelhantes ajudara¡ a agilizar a pesquisa e o desenvolvimento de cuidados bucais, produtos alimenta­cios e tecnologias terapaªuticas."

A principal investigadora Anwesha Sarkar, professora de coloides esuperfÍcies em Leeds, disse: "Mapear e replicar com precisão asuperfÍcie das la­nguas e combina¡-la com um material que se aproxima da elasticidade da la­ngua humana não foi uma tarefa fa¡cil. Aproveitar a experiência de várias disciplinas STEM, nos' Demonstramos a capacidade sem precedentes de umasuperfÍcie de silicone impressa em 3D de imitar o desempenho meca¢nico da la­ngua humana.

"Acreditamos que fabricar umasuperfÍcie sintanãtica com propriedades relevantes que imita as intrincadas caracteri­sticas arquiteta´nicas e, mais importante, o desempenho lubrificante da la­ngua humana éfundamental para obter uma compreensão quantitativa de como os fluidos interagem dentro da cavidade oral.

“EstasuperfÍcie biomimanãtica da la­ngua também pode servir como uma ferramenta meca¢nica única para ajudar a detectar falsificações em alimentos e bebidas de alto valor com base em atributos texturais, o que éuma preocupação global e pode ajudar a garantir a segurança alimentar.

"Em última análise, nossa esperana§a éque asuperfÍcie que projetamos possa ser importante para a compreensão de como a biomeca¢nica da la­ngua sustenta os fundamentos da alimentação e da fala humana.