A bioeletricidade, a corrente que flui entre nossas células, éfundamental para nossa capacidade de pensar, falar e andar.

Além disso, háum crescente corpo de evidaªncias de que registrar e alterar os campos bioelanãtricos de células e tecidos desempenha um papel vital na cicatrização de feridas e atémesmo no combate a doenças como câncer e doenças carda­acas.

Agora, pela primeira vez, pesquisadores da Escola de Engenharia USC Viterbi criaram um dispositivo molecular que pode fazer as duas coisas: registrar e manipular seu campo bioelanãtrico circundante.

O dispositivo em forma de tria¢ngulo éfeito de duas moléculas pequenas e conectadas osmuito menores que um va­rus e semelhantes ao dia¢metro de uma fita de DNA.

a‰ um material completamente novo para "ler e escrever" o campo elanãtrico sem danificar células e tecidos pra³ximos. Cada uma das duas molanãculas, ligadas por uma pequena cadeia de a¡tomos de carbono, tem sua própria função separada: uma molanãcula atua como um "sensor" ou detector que mede o campo elanãtrico local quando acionado pela luz vermelha; uma segunda molanãcula, "o modificador", gera elanãtrons adicionais quando exposta a  luz azul. Notavelmente, cada função écontrolada independentemente por diferentes comprimentos de onda de luz.

Embora não seja destinado ao uso em humanos, o dispositivo orga¢nico ficaria parcialmente dentro e fora da membrana da canãlula para experimentos in vitro.

O trabalho, publicado no Journal of Materials Chemistry C , foi liderado pelos professores da USC Viterbi Andrea Armani e Rehan Kapadia. Os principais autores incluem Yingmu Zhang, pesquisador de pa³s-doutorado no Departamento de Engenharia Quí­mica e Ciência dos Materiais de Mork; e Jinghan He, um Ph.D. candidato no Departamento de Quí­mica da USC. Os coautores incluem Patrick Saris, pesquisador de pa³s-doutorado USC Viterbi; e Hyun Uk Chae e Subrata Das, Ph.D. candidatos no Departamento de Engenharia Elanãtrica e de Computação Ming Hsieh. O Armani Lab foi responsável por criar a nova molanãcula orga¢nica, enquanto o Kapadia Lab desempenhou um papel fundamental em testar a eficiência com que o "modificador" gerava eletricidade quando ativado pela luz.

Como a molanãcula repa³rter pode se inserir no tecido, ela tem a possibilidade de medir campos elanãtricos de forma não invasiva, fornecendo imagens ultrarrápidas, 3D e de alta resolução de redes neurais. Isso pode desempenhar um papel crucial para outros pesquisadores testando os efeitos de novas drogas oumudanças em condições como pressão e oxigaªnio. Ao contra¡rio de muitas outras ferramentas anteriores, ele fara¡ isso sem danificar células ou tecidos sauda¡veis ou exigir manipulação genanãtica do sistema.

"Este agente de imagem multifuncional já écompata­vel com os microsca³pios existentes", disse Armani, presidente da Ray Irani em Engenharia Quí­mica e Ciência de Materiais, "portanto, permitira¡ que uma ampla gama de pesquisadores - da biologia a  Neurociênciae a  fisiologia - perguntem a novos tipos de perguntas sobre sistemas biola³gicos e suas respostas a diferentes esta­mulos: Drogas e fatores ambientais. As novas fronteiras são infinitas."

Além disso, a molanãcula modificadora, alterando o campo elanãtrico das células próximas , pode danificar com precisão um aºnico ponto, permitindo que futuros pesquisadores determinem os efeitos em cascata em, digamos, uma rede inteira de células cerebrais ou células carda­acas.

"Se vocêtem uma rede sem fio em sua casa, o que acontece se um desses nosficar insta¡vel?" disse Armani. "Como isso afeta todos os outros nosem sua casa? Eles ainda funcionam? Uma vez que entendemos um sistema biola³gico como o corpo humano, podemos prever melhor sua resposta - ou alterar sua resposta, como fazer medicamentos melhores para evitar comportamentos indesejáveis ."

"A principal coisa", disse Kapadia, Colleen e Roberto Padovani, Presidente de Carreira Inicial em Engenharia Elanãtrica e de Computação, "éque podemos usar isso tanto para interrogar quanto para manipular. E podemos fazer as duas coisas em resoluções muito altas - tanto espacial e temporalmente”.

A chave para o novo dispositivo orga¢nico foi a capacidade de eliminar "crosstalk". Como fazer com que essas duas moléculas tão diferentes se unam e não interfiram uma na outra como dois sinais de ra¡dio embaralhados? No ina­cio, observa Armani, "não era totalmente a³bvio que isso seria possí­vel". A solução? Separe ambos por uma longa cadeia alqua­lica, o que não afeta as habilidades fotofa­sicas de cada um.

Os pra³ximos passos para esta nova molanãcula multifuncional incluem testes em neura´nios e atébactanãrias. O cientista da USC Moh El-Naggar, um colaborador, demonstrou anteriormente a capacidade das comunidades microbianas de transferir elanãtrons entre células e em distâncias relativamente longas oscom enormes implicações para a colheita de biocombusta­veis.