Engenheiros criam músculo sintético controlado por luz que movimenta células artificiais

Engenheiros do Instituto de Tecnologia da Geórgia criaram um músculo sintético controlado por luz e cálcio, permitindo que células artificiais gerem movimento programável sem depender diretamente do ATP como combustível principal.

A equipe liderada por Saad Bhamla, professor associado da Escola de Engenharia Química e Biomolecular da Geórgia Tech, inspirou-se no mecanismo de ciliados — organismos unicelulares que utilizam pulsos de cálcio para contrações ultrarrápidas. Os pesquisadores purificaram a proteína Tcb2, presente na espécie Tetrahymena thermophila, conforme reportagem do portal Phys.org.

Essa proteína forma uma rede fibrosa que se contrai ao ser exposta ao cálcio. Para controlar o processo com precisão, os cientistas empregaram um quelante de cálcio sensível à luz, que mantém o íon preso até receber iluminação.

A liberação do cálcio provocada pela luz dispara a contração da rede proteica. Com essa técnica, a equipe projetou padrões luminosos em forma de estrelas e círculos, fazendo as proteínas se organizarem e contraírem exatamente nesses formatos.

O processo foi repetido cerca de 150 vezes, com velocidades de contração próximas de 0,4 micrômetro por segundo. Esse controle preciso marca avanço relevante para a construção de microssistemas biológicos autônomos e células sintéticas capazes de transportar substâncias.

Xiangting Lei, doutor em engenharia química pela Geórgia Tech e coautor do estudo, explicou que a luz funciona como gatilho espacial e temporal. Ao pulsar a iluminação, o sistema se recarrega e retorna à contração como um músculo em miniatura.

Carlos Floyd, pós-doutorando na Universidade de Chicago, utilizou simulações computacionais e aprendizado de máquina para otimizar os padrões de luz. A abordagem permitiu gerar movimentos direcionais que empurram ou puxam partículas microscópicas conforme o desejado.

Bhamla comparou o mecanismo a um motor híbrido. Enquanto a maioria das máquinas moleculares consome ATP diretamente, o sistema dos ciliados — e agora o das células sintéticas — utiliza o ATP apenas para recarregar o reservatório de cálcio, liberando energia sob demanda.

A pesquisa, publicada na revista Nature Communications, integra linha de trabalho bioinspiradora que já gerou robôs saltadores baseados em insetos e dispositivos que imitam o movimento de insetos aquáticos. O estudo, intitulado “Light-induced assembly and repeatable actuation in Ca2+-driven chemomechanical protein networks”, oferece componente essencial para o campo da biotecnologia.

Especialistas avaliam que a tecnologia pode permitir, no futuro, microssistemas capazes de entregar medicamentos dentro do corpo humano e reagir a estímulos externos. O avanço reforça o papel da engenharia biofísica na criação de formas de vida sintéticas que combinam precisão tecnológica e eficiência orgânica observada na natureza.