Tecnologia Científica

Determinar quando um material se torna 'vítreo'
Os pesquisadores da TU / e agora resolvem todos os resultados contraditórios ao mesmo tempo, abrindo caminho para uma melhor compreensão do comportamento celular em doenças como asma e câncer.
Por Barry Fitzgerald - 04/01/2022


Crédito: Universidade de Tecnologia de Eindhoven

É uma fase líquida ou uma fase 'vítrea'? Essa questão tem sido objeto de intenso debate enquanto os físicos tentam entender o comportamento da chamada 'matéria ativa' - um tipo relativamente novo de matéria em que as partículas usam 'um pequeno motor interno' para se mover. Com uma nova observação - publicada na revista Physics Review Letters - os pesquisadores da TU / e agora resolvem todos os resultados contraditórios ao mesmo tempo, abrindo caminho para uma melhor compreensão do comportamento celular em doenças como asma e câncer.

Para muitos, a frase 'fases da matéria ' evoca imediatamente pensamentos de gases, líquidos e sólidos - as fases mais conhecidas da matéria. Entre a fase líquida e sólida, porém, você encontrará a fase de vidro, uma fase que se comporta como um sólido, mas por dentro parece um líquido.

Esse quadro típico das fases da matéria (gás, líquido, sólido ou vidro) considera as partículas como passivas, ou seja, elas se movem apenas devido à energia térmica e às forças que experimentam nas interações com as partículas vizinhas.

Nos últimos anos, porém, a matéria ativa, que consiste em partículas que convertem energia usando 'um pequeno motor' em movimento direcionado e significa que estão continuamente fora de equilíbrio, tem atraído atenção digna de nota. E a matéria ativa também tem uma fase vítrea.

Visão vítrea

"Há anos se sabe que a matéria ativa exibe comportamentos vítreos que podem ser relevantes para ajudar na nossa compreensão do comportamento celular na asma, na cura de feridas e na metástase do câncer", disse Liesbeth Janssen, do departamento de Física Aplicada e líder do estudo.

Primeiro autor e Ph.D. o pesquisador Vincent Debets também destaca essa aplicação: “Uma das aplicações mais interessantes desse trabalho será para células humanas que se comportam como um vidro, como as células da asma e do câncer”.

Crédito: Universidade de Tecnologia de Eindhoven

No entanto, nos últimos anos, tem havido muito debate sobre o comportamento vítreo da matéria ativa, o que levou a algumas divergências. "Alguns dizem que esses sistemas ativos são mais líquidos do que um vidro passivo, outros afirmam que o sistema é mais vítreo, enquanto outros dizem que o sistema se torna mais líquido antes de finalmente se tornar mais vítreo", diz Janssen.

"Com este estudo, fornecemos uma explicação inequívoca e simples para esclarecer a posição com relação a todos esses resultados contraditórios", acrescenta Janssen.

Importância do comprimento da gaiola

Tudo se resume à relação entre o chamado comprimento da gaiola , que é o tamanho típico de uma gaiola para uma partícula específica formada pelas partículas vizinhas em torno da partícula (ver imagem), e o comprimento de persistência, a distância média percorrida por uma partícula antes de mudar de direção.
 
“A fase vítrea pode ser pensada como uma grande coleção dessas gaiolas, nas quais cada partícula pode apenas se acotovelar em sua própria gaiola, mas nunca pode escapar dela”, observa Debets.

"Quando o comprimento de persistência é menor do que o comprimento da gaiola, as partículas ativas podem explorar sua gaiola para uma abertura. Se eles podem escapar, eles estão agindo como

partículas passivas em um líquido. Mas quando o comprimento de persistência está acima do comprimento da gaiola, as partículas não podem mais escanear com eficiência sua gaiola e ficar presas na gaiola. Como resultado, o sistema mostra um comportamento mais vítreo, onde o sistema tem propriedades como um sólido. "

Crédito: Universidade de Tecnologia de Eindhoven

Avanço

E é essa observação que é o grande avanço. “Isso explica todos os resultados anteriores e aparentemente confusos da literatura. Esses estudos foram todos realizados com valores diferentes de comprimento de persistência e, como tal, realizados em distâncias diferentes em relação ao comprimento da gaiola”, explica Janssen.

O comprimento da gaiola é um conceito físico muito importante, que já ajudou a entender melhor por que um material passivo se torna mais sólido quando passa de líquido para vidro.

Ao condensar toda a dinâmica do sistema até o princípio simples de como o comprimento de persistência se compara ao comprimento da gaiola, os pesquisadores reconciliaram as várias propostas da literatura.

Aplicativos de saúde

Para o estudo de acompanhamento, os pesquisadores planejam estudar o efeito do comprimento da gaiola em vidros ativos vivos em camadas de células biológicas reais.

"Em um trabalho futuro, estudaremos como a física dita o comportamento celular. Talvez possamos modificar o comprimento da gaiola e, portanto, o comportamento vítreo das células mudando suas formas. Isso poderia, por exemplo, tornar mais difícil para as células tumorais para se separar do tumor primário e metastatizar. Alternativamente, identificando o comprimento da gaiola diretamente dos instantâneos de uma camada de células, podemos prever se está em uma fase líquida ou vítrea , levando assim a novas abordagens de diagnóstico médico ", diz Debets.

Esta nova pesquisa lançou uma nova luz sobre o comportamento da matéria vítrea ativa.

 

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