Asas de borboleta inspiram músculos artificiais e produzem eletricidade

O professor Javier Fernandez, da Universidade de Tecnologia e Design de Cingapura, vem há alguns anos estudando as possibilidades de uso da quitina como um material inteligente, biocompatível, sustentável e com múltiplas funcionalidades. Isso lhe permitiu criar uma nova classe de compósitos e fazer planos para abrigos em Marte feitos com carapaças de insetos.

A quitina é um polímero orgânico que é o principal componente das carapaças dos artrópodes, como crustáceos, alguns insetos e até das asas das borboletas. E o caso das borboletas é interessante como fonte de inspiração porque elas apresentam mudanças estruturais que podem ser copiadas para aplicações práticas. O professor Fernandez descobriu, também, que podem ser usadas para produzir eletricidade.

Assim que uma borboleta emerge do seu casulo, no estágio final da metamorfose, ela abre lentamente as asas, para que elas possam secar. O material quitinoso fica desidratado, enquanto o sangue bombeado pelas veias do inseto produz forças que reorganizam as moléculas da quitina, para que ela adquira a resistência e a rigidez únicas necessárias para o voo. E foi essa combinação natural de forças, movimento da água e organização molecular que mostrou agora a possibilidade de criação de atuadores mecânicos e para gerar energia.

"Nós demonstramos que, mesmo após serem extraídos de fontes naturais, os polímeros quitinosos mantêm sua capacidade natural de vincular diferentes forças, organização molecular e conteúdo de água para gerar movimento mecânico e produzir eletricidade, sem a necessidade de uma fonte de energia externa ou sistema de controle," disse Fernandez.

Músculos artificiais de quitina

A demonstração foi feita a partir de quitina extraída de cascas de camarão descartadas, que foi transformada em filmes com cerca de 130 micrômetros de espessura.

Ao estudar os efeitos de forças externas nesses filmes quitinosos, com foco nas mudanças na organização molecular, teor de água e propriedades mecânicas, os pesquisadores observaram que, semelhante ao desdobramento das asas das borboletas, esticar os filmes força uma reorganização em sua estrutura cristalina - as moléculas ficaram mais compactadas e o teor de água diminuiu.

Para demonstrar a aplicabilidade dos filmes, a equipe usou-os para criar músculos artificiais, que foram então montados em uma mão robótica. Controlando a concentração de água intermolecular dos filmes, por meio de mudanças ambientais e processos bioquímicos, o material gerou força suficiente para que a mão apresentasse um movimento de preensão impressionante, com uma força equivalente a 18 quilogramas - mais da metade da força de preensão média de um adulto.

Diferente da natureza inerte dos polímeros sintéticos, os filmes de quitina reorganizados podem se distender e contrair autonomamente em resposta a mudanças de umidade no ambiente, imitando a forma como alguns insetos adaptam sua casca a diferentes situações. Essa capacidade nativa permitiu que os filmes quitinosos levantassem verticalmente objetos pesando mais de 4,5 quilos.

A capacidade de produzir essa força por meios bioquímicos indica o potencial de uso dos filmes quitinosos para integração em sistemas biológicos, com aplicações biomédicas, como próteses e implantes médicos.

Filmes de quitina produzem eletricidade

Em outra demonstração, a equipe mostrou que a resposta do material às mudanças de umidade pode ser usada para extrair energia das oscilações ambientais e convertê-la em eletricidade, criando mais uma opção para a colheita de energia, um conceito para alimentação de pequenos aparelhos e sensores que hoje vem sendo dominado pelos nanogeradores triboelétricos.

Ao anexar os filmes a um material piezoelétrico, o movimento mecânico dos filmes em resposta às mudanças de umidade no ambiente foi convertido em correntes elétricas suficientes para alimentar pequenos eletrônicos, como os usados na internet das coisas.

A quitina é o segundo polímero orgânico mais abundante na natureza - depois da celulose - e faz parte de todos os ecossistemas, podendo ser obtido de forma rápida e sustentável de vários organismos ou mesmo de resíduos urbanos.

 "A quitina é usada para muitas funções complexas na natureza, desde a composição das asas dos insetos até a formação das conchas protetoras duras dos moluscos, e tem aplicação direta na engenharia. Nossa capacidade de entender e usar a quitina em sua forma nativa é fundamental para permitir novas aplicações de engenharia e desenvolvê-las dentro de um paradigma de integração ecológica e baixo consumo de energia," concluiu Fernandez.

Retirado e adaptado de: INOVAÇÃO TECNOLÓGICA. Asas de borboleta inspiram músculos artificiais e produzem eletricidade. Inovação tecnológica. Disponível em: inaaviraamusscuooariicaa-produz-eeerciddadee&&d==0100116023080444

 o=quitina-vira-musculo-artificial-produz-eletricidade&id=010160230804

Acesso em: 08 ago., 2023.

O texto seguinte servirá de base para responder à questão abaixo:

Asas de borboleta inspiram músculos artificiais e produzem eletricidade

O professor Javier Fernandez, da Universidade de Tecnologia e Design de Cingapura, vem há alguns anos estudando as possibilidades de uso da quitina como um material inteligente, biocompatível, sustentável e com múltiplas funcionalidades. Isso lhe permitiu criar uma nova classe de compósitos e fazer planos para abrigos em Marte feitos com carapaças de insetos.

A quitina é um polímero orgânico que é o principal componente das carapaças dos artrópodes, como crustáceos, alguns insetos e até das asas das borboletas. E o caso das borboletas é interessante como fonte de inspiração porque elas apresentam mudanças estruturais que podem ser copiadas para aplicações práticas. O professor Fernandez descobriu, também, que podem ser usadas para produzir eletricidade.

Assim que uma borboleta emerge do seu casulo, no estágio final da metamorfose, ela abre lentamente as asas, para que elas possam secar. O material quitinoso fica desidratado, enquanto o sangue bombeado pelas veias do inseto produz forças que reorganizam as moléculas da quitina, para que ela adquira a resistência e a rigidez únicas necessárias para o voo. E foi essa combinação natural de forças, movimento da água e organização molecular que mostrou agora a possibilidade de criação de atuadores mecânicos e para gerar energia.

"Nós demonstramos que, mesmo após serem extraídos de fontes naturais, os polímeros quitinosos mantêm sua capacidade natural de vincular diferentes forças, organização molecular e conteúdo de água para gerar movimento mecânico e produzir eletricidade, sem a necessidade de uma fonte de energia externa ou sistema de controle," disse Fernandez.

Músculos artificiais de quitina

A demonstração foi feita a partir de quitina extraída de cascas de camarão descartadas, que foi transformada em filmes com cerca de 130 micrômetros de espessura.

Ao estudar os efeitos de forças externas nesses filmes quitinosos, com foco nas mudanças na organização molecular, teor de água e propriedades mecânicas, os pesquisadores observaram que, semelhante ao desdobramento das asas das borboletas, esticar os filmes força uma reorganização em sua estrutura cristalina - as moléculas ficaram mais compactadas e o teor de água diminuiu.

Para demonstrar a aplicabilidade dos filmes, a equipe usou-os para criar músculos artificiais, que foram então montados em uma mão robótica. Controlando a concentração de água intermolecular dos filmes, por meio de mudanças ambientais e processos bioquímicos, o material gerou força suficiente para que a apresentasse um movimento de preensão impressionante, com uma força equivalente a 18 quilogramas - mais da metade da força de preensão média de um adulto.

Diferente da natureza inerte dos polímeros sintéticos, os filmes de quitina reorganizados podem se distender e contrair autonomamente em resposta a mudanças de umidade no ambiente, imitando a forma como alguns insetos adaptam sua casca a diferentes situações. Essa capacidade nativa permitiu que os filmes quitinosos levantassem verticalmente objetos pesando mais de 4,5 quilos.

A capacidade de produzir essa força por meios bioquímicos indica o potencial de uso dos filmes quitinosos para integração em sistemas biológicos, com aplicações biomédicas, como próteses e implantes médicos. 

Filmes de quitina produzem eletricidade 

Em outra demonstração, a equipe mostrou que a resposta do material às mudanças de umidade pode ser usada para extrair energia das oscilações ambientais e convertê-la em eletricidade, criando mais uma opção para a colheita de energia, um conceito para alimentação de pequenos aparelhos e sensores que hoje vem sendo dominado pelos nanogeradores triboelétricos.

Ao anexar os filmes a um material piezoelétrico, o movimento mecânico dos filmes em resposta às mudanças de umidade no ambiente foi convertido em correntes elétricas suficientes para alimentar pequenos eletrônicos, como os usados na internet das coisas.

A quitina é o segundo polímero orgânico mais abundante na natureza - depois da celulose - e faz parte de todos os ecossistemas, podendo ser obtido de forma rápida e sustentável de vários organismos ou mesmo de resíduos urbanos.

"A quitina é usada para muitas funções complexas na natureza, desde a composição das asas dos insetos até a formação das conchas protetoras duras dos moluscos, e tem aplicação direta na engenharia. Nossa capacidade de entender e usar a quitina em sua forma nativa é fundamental para permitir novas aplicações de engenharia e desenvolvê-las dentro de um paradigma de integração ecológica e baixo consumo de energia," concluiu Fernandez.

Retirado e adaptado de: INOVAÇÃO TECNOLÓGICA. Asas de borboleta inspiram músculos artificiais e produzem eletricidade. Inovação tecnológica. Disponível em: inaaviraamusscuooariicaa-produz -eeerciddadee&&d==0100116023080444

o=quitina-vira-musculo-artificial-produz-eletricidade&id=010160230804

Acesso em: 08 ago., 2023. 

Haverá em breve uma vacina contra o câncer?

Empresas de biotecnologia querem lançar em alguns anos imunizantes contra a doença, algo que se tornou possível com a tecnologia de mRNA. Com isso, o câncer pode deixar de ser uma "sentença de morte". Em poucos anos, a tecnologia de RNA mensageiro (mRNA) revolucionou a medicina. Durante a pandemia de covid-19, imunizantes de alta eficácia contra o vírus Sars-Cov-2 foram desenvolvidos em apenas alguns meses graças a essa tecnologia. 

Mesmo que o vírus se desenvolva com mutações mais agressivas, vacinas sob medida podem ser novamente desenvolvidas em pouco tempo graças à tecnologia de mRNA. Mas esse avanço, recentemente agraciado com o Prêmio Nobel de Medicina, pode ainda alcançar muito mais.

A tecnologia de mRNA também deu novo impulso à pesquisa sobre o câncer. O CEO da empresa de biotecnologia CureVac, Alexander Zehnder, quer introduzir no mercado vacinas com base nessa tecnologia em um prazo máximo de cinco anos.

 O desenvolvimento de vacinas contra certos tipos de câncer seria um sonho realizado para a humanidade. "Pesquisas sobre vacinas contra o câncer vêm sendo realizadas há 20 anos. Os progressos atuais, porém, são enormes", afirma Zehnder. "Ganhamos muita experiência durante a pandemia e a inteligência artificial está tão avançada que consegue resolver muitos problemas na programação do mRNA", explicou o chefe da CureVac em entrevista ao jornal alemão Bild am Sonntag.

As vacinas contra o câncer estimulam o sistema imunológico de maneira que as defesas próprias do corpo podem combater especificamente as células tumorais. "O fator mortal no câncer é o fato de ele se manter em crescimento. A vacina visa conter esse crescimento, mesmo que o câncer já esteja metastático. O câncer, dessa forma, se torna uma doença crônica com a qual se pode conviver durante décadas. Não é mais uma sentença de morte", disse Zehnder.

Corrida pela vacina

Além da CureVac, outras empresas também investem intensamente em pesquisas contra o câncer. No início de outubro, a empresa BioNTech publicou resultados preliminares promissores de um estudo clínico em andamento. A eficácia de sua vacina de mRNA contra o câncer, CARVac, já está sendo testada em cobaias.

O CEO da BioNTech, Ugur Sahin, disse em entrevista à revista alemã Der Spiegel que, segundo sua estimativa, haverá vacinas contra o câncer disponíveis nos próximos anos. "Acreditamos que será possível produzi-las em larga escala antes de 2030", afirmou.

No longo prazo, as vacinas tendem a substituir o tratamento convencional contra o câncer. Isso também seria um fator bastante positivo, uma vez que as terapias com quimioterapia ou radiação são extremamente agressivas para os pacientes.

"A quimioterapia ou a radiação nunca combatem somente o tumor, mas também os tecidos saudáveis. É por isso que há tantos efeitos colaterais", explicou Zehnder. "A vantagem de usar o mRNA é que o sistema imunológico próprio é estimulado e combate especificamente o câncer, e nada mais".

Como funciona a vacina? 

As células T, ou linfócitos T, ajudam o corpo a combater infecções ao destruir as células adoecidas ou estimular outras células imunológicas a agirem, mas têm dificuldades em reconhecer as células cancerígenas, o que as células CAR-T conseguem fazer.

O tratamento com as células CAR-T foi aprovado na Europa em 2018 e vem sendo utilizado principalmente no tratamento da leucemia, o chamado câncer sanguíneo. 

No entanto, essa forma bastante eficaz de imunoterapia tem custos impraticáveis para muitos. Segundo o Centro Alemão de Pesquisas sobre o Câncer da Alemanha, os fabricantes cobram até 320 mil euros pela produção dessas células imunológicas para apenas um paciente.

Nesse tipo de imunoterapia, as células T são filtradas dos leucócitos - os glóbulos brancos - do sangue do paciente. Elas então são geneticamente modificadas para formarem receptores quiméricos de antígeno (CARs) na superfície. Isso resulta em um receptor cujos componentes diferentes não se encaixam. 

Vacinas deixam as células tumorais visíveis

Se as células CAR-T produzidas dessa forma forem injetadas de volta no paciente, elas se alojam especificamente nas células cancerígenas. O sistema imunológico é ativado e ataca as células tumorais. As futuras vacinas podem dar apoio a esse processo se, por exemplo, as células CAR-T não conseguirem encontrar ou estiverem muito enfraquecidas para lutar contra as tumorais.

Para deixar as células tumorais mais visíveis, a proteína Claudin-6 é introduzida na célula cancerígena com ajuda da tecnologia mRNA. Isso cria um antígeno que se aloja na superfície da célula tumoral, tornando-a mais fácil de ser reconhecida e combatida pelas CAR-T.

Até agora, as células T modificadas combatiam somente o câncer sanguíneo. Mas os avanços rápidos na tecnologia de mRNA aumentam as esperanças de que possa haver no futuro terapias eficazes e menos agressivas, não apenas para a leucemia, mas também para outros tipos de câncer.

Retirado e adaptado de: TERRA. Haverá em breve uma vacina contra o câncer? Portal Terra. Disponível em: https://www.terra. com.br/noticias/havera-em-breve-uma-vacina-contra-o-cancer, 60f8d40daa34735e8fe2882052bb273fti7x3zb1.html Acesso em: 09 nov., 2023.