Crédito: Wirla Bridges Credit: Wirla Pontes
Pesquisadores do Instituto de Células STEM da Universidade da Califórnia de San Diego Sanford desenvolveram um novo método para estimular e madurar os organoides do cérebro humano usando grafeno, uma folha de carbono de um átomo de espessura.
Publicado na Nature Communications, o estudo introduz a estimulação óptica mediada por grafeno (GRAMOS), uma maneira segura, não genética, biocompatível e não danificada de influenciar a atividade neural ao longo de dias a semanas. A abordagem acelera o desenvolvimento organoide do cérebro-especialmente importante para modelar condições relacionadas à idade, como a doença de Alzheimer-e até permite que eles controlem dispositivos robóticos em tempo real.
“Esta é uma mudança de jogo para a pesquisa do cérebro”, disse Alysson Muotri, Ph.D., autor correspondente, professor de pediatria e diretor do Centro de Pesquisa Orbital da UC San Diego Sanford Cell Institute.
“Agora podemos acelerar a maturação organoide cerebral sem alterar seu código genético, abrindo portas para pesquisa de doenças, interfaces de máquina cerebral e outros sistemas que combinam células cerebrais vivas com tecnologia”.
Uma maneira mais inteligente de cultivar o cérebro em um prato
Os organoides cerebrais-os modelos de três dimensões e as células-tronco do cérebro humano-são valiosos para o estudo de doenças neurológicas, mas geralmente amadurecem lentamente, limitando sua utilidade para condições que se desenvolvem ao longo de décadas. Até agora, os métodos de estimulação exigiam modificação genética (optogenética) ou correntes elétricas diretas, que podem danificar neurônios frágeis.
Gramos funciona usando as propriedades optoeletrônicas exclusivas do grafeno para converter a luz em pistas elétricas suaves que incentivam os neurônios a se conectar e se comunicar. Essa estimulação imita os cérebros reais de entrada ambiental, impulsionando o desenvolvimento sem técnicas invasivas.
“Usando grafeno e luz, fomos capazes de incentivar os neurônios para formar conexões e amadurecer mais rapidamente, sem ferramentas optogenéticas tradicionais”, disse Elena Molokanova, Ph.D., autora co-correspondente e diretor executivo e inventor da tecnologia Gramos na Neurono Bioscience. É um pequeno esforço para que eles fiquem maiores, o que é essencial ao estudar doenças relacionadas à idade em uma placa de Petri. “
Os principais resultados do estudo incluem:
- Desenvolvimento mais rápido: O uso regular de gramos ajudou os organoides cerebrais a formar conexões mais fortes, redes organizadas mais bem e comunicação mais avançada entre neurônios-mesmo em modelos feitos dos pacientes de Alzheimer.
- Seguro e biocompatível: o grafeno não prejudicou os neurônios ou a estrutura orgânica, mesmo por longos períodos.
- Modelagem aprimorada de doenças: os organoides de Alzheimer em estágio inicial revelaram diferenças funcionais na conectividade e excitabilidade da rede quando estimuladas.
- Integração robótica: os organoides estimulados por grafeno foram vinculados a um robô simples em um ciclo de feedback fechado, permitindo que ele responda a pistas visuais.
Do laboratório à pesquisa de Alzheimer e além
Como a estimulação acelera a maturação neural, os pesquisadores podem estudar a progressão da doença mais cedo e em um contexto mais fisiologicamente relevante. Isso pode melhorar os prazos de teste de medicamentos e fornecer novas informações sobre como doenças como o circuito cerebral alternativo de Alzheimer.
“Nossa tecnologia preenche uma lacuna crítica na pesquisa orgânica”, disse Alex Savchenko, Ph.D., co-senior autor e diretor executivo da Nanotools Bioscience. Oferece uma maneira repetível e confiável de ativar as redes neuronais, que podem transformar a neurociência fundamental e os estudos de tradução. O cérebro encontra a máquina
Os organoides cerebrais interfigurados no grafeno podem responder ao ambiente e alterar sua rede neuronal em resposta à luz. Essa neuroplasticidade adquirida oferece uma enorme vantagem sobre os chips de computador em aplicativos futuros de inteligência artificial (IA), melhorando a capacidade dos sistemas de IA de resolver problemas complexos e imprevistos e oferecendo maior tolerância e confiabilidade de falhas em aplicações críticas.
Em uma prova de conceito impressionante, a equipe conectou os organoides cerebrais com interface do grafeno a um sistema robótico equipado com sensores. Quando o robô detectou um obstáculo, ele enviou um sinal para estimular o organoide, que então gerou um padrão neural desencadeando o robô a mudar de curso-completando o loop em menos de 50 milissegundos.
Ainda longe das máquinas conscientes, essa integração sugere futuros sistemas neuro-bio-híbridos, onde tecidos neurais e robóticos vivos trabalham juntos para próteses avançadas, interfaces adaptativas ou mesmo novas formas de computação.
Este estudo é um grande passo para desbloquear o potencial do grafeno em neurociência, nanotecnologia e neuroengenharia. A tecnologia pode levar a novas maneiras de conectar tecidos cada vez mais complexos do cérebro um ao outro-e até ao próprio cérebro.
A capacidade de controlar e acelerar o desenvolvimento organoide cerebral abre as portas para usá -las como modelos poderosos para testar terapias para distúrbios cerebrais neurodegenerativos e de desenvolvimento, onde conexões danificadas podem atrapalhar a capacidade do cérebro de processar e responder às informações.
Além da pesquisa de doenças, a abordagem pode ser adaptada para a engenharia de tecidos, oferecendo uma maneira não invasiva e precisa de estimular outros tipos de tecidos cultivados em laboratório. E vinculando redes neurais vivas às máquinas, os pesquisadores podem descobrir como a adaptabilidade e a aprendizagem do cérebro podem aprimorar computadores e robótica-com possíveis aplicações futuras em inteligência artificial.
“Este é apenas o começo”, disse Muotri. A combinação de grafeno e biotecnologia organoide cerebral pode revolucionar a neurociência. Da compreensão do cérebro, ao desenvolvimento de novas tecnologias. “
Mais informações:
Comunicações da natureza (2025). Doi: 10.1038/s41467-025-62637-6
É fornecido pela Universidade da Califórnia, San Diego
Citação
: A tecnologia de grafeno amadurece os organoides do cérebro mais rapidamente, pode desbloquear insights neurodegenerativos (2025, 20 de agosto) recuperados em 20 de agosto de 2025 de https://medicalxpress.com/news/2025-08-graphene-technology-matures-brain-rganids.html
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