BRAIN-LIGHTING: Sondas neuronais dotadas com interação elétrica, ótica e comunicação sem fios para controlo de neurónios-alvo

Em conversa com o COMPETE 2020, Raquel Sousa, Diretora de Unidade na Inova + e Gestora do projeto BRAIN-LIGHTING, fala do cérebro, da neurociência e do seu projeto que pretende desenvolver um dispositivo optogenético inovador utilizando sondas neuronais óticas 3D:

“O cérebro é um órgão complexo com inúmeros mecanismos distintos que asseguram o seu funcionamento. Um total de 100 biliões de neurónios fazem parte do cérebro humano, sendo que cada neurónio comunica com muitos outros num circuito de partilha de informações. Este sistema de comunicação influencia e é influenciado por todos os outros sistemas do corpo humano, resultando num sistema complexo que pode funcionar insuficientemente em muitos aspetos, causando distúrbios ou doenças que têm um enorme impacto social e económico.

A neurociência surgiu da necessidade de uma especialização no estudo do funcionamento do cérebro e do sistema nervoso. Ao longo dos anos, o âmbito de aplicação da neurociência tem-se expandido em grande escala levantando novas questões, o que criou a necessidade do desenvolvimento de tecnologias mais eficiente e abrangentes, onde a Optogenética se apresenta em primeiro plano.

A Optogenética combina a ótica e a genética para possibilitar o controlo de eventos bem definidos dentro das células-alvo do tecido vivo. Para isto, os neurónios-alvo são geneticamente modificados de forma a produzir proteínas sensíveis à luz, que conferem às células capacidade de resposta a estímulos óticos. Assim que estas proteínas são expressas, a atividade neuronal pode ser controlada expondo as células a luz com um comprimento de onda apropriado. Por outro lado, são utilizadas tecnologias associadas para entrega de luz e para avaliar leituras específicas ou efeitos causados pelo estímulo ótico.

O que mais entusiasma os neurocientistas no uso da optogenética é a possibilidade de controlar eventos definidos de células específicas com um nível de precisão nunca antes conseguido, que é essencial para a compreensão biológica do ser humano, mesmo para além da neurociência.

O Projeto

O projeto BRAIN-LIGHTING propõe o desenvolvimento de uma nova solução tecnológica que pretende contribuir para a evolução da neurociência e aumentar o conhecimento já existente sobre o cérebro, os seus constituintes e os seus processos de funcionamento. Para tal, pretende-se desenvolver um dispositivo optogenético inovador utilizando sondas neuronais óticas 3D dotadas com estimulação elétrica e ótica e com microeletrónica totalmente integrada. Por outro lado, o projeto irá também focar-se no desenvolvimento de um módulo de controlo e processamento de sinal, essencial para completar qualquer sistema de atuação a nível neurológico.

Uma das inovações deste projeto consiste no facto de a matriz 3D de sondas BRAIN-LIGHTING, resultar do acoplamento de várias peças 2D construídas constituídas por sondas, que assentam na foto estimulação com μ-LEDs que permite a incidência de luz diretamente nos neurónios-alvo.

O projeto BRAIN-LIGHTING inclui também o desenvolvimento de um módulo de software que pretende facilitar o processo de aquisição, armazenamento, visualização, análise e processamento de sinais cerebrais adquiridos. Este módulo vai atuar como um mecanismo de controlo, processando os diversos estímulos e respostas e analisando padrões de comportamento.

O Consórcio

INOVA+

A missão da INOVA+ é a de fornecer conhecimento, capacidade de gestão, as parcerias e suporte técnico e financiamento na execução de projetos de inovação a clientes que podem ser desde companhias incubadas até ás maiores companhias mundiais, contribuindo para uma revolução sustentável, progresso tecnológico e crescimento económico.

Universidade do Minho

A Universidade do Minho é uma universidade pública com autonomia administrativa e financeira. Foi fundada em 1973 e começou a sua atividade académica no ano de 1975/76. Com uma população de cerca de 17000 alunos, a Universidade do Minho é uma das maiores universidades portuguesas. Tem um longo e experiente conhecimento em coordenação e participação em vários projetos de investigação e desenvolvimento.

Fundação Champalimaud

A Fundação Champalimaud faz assentar a sua atividade no modelo de investigação translacional que promove uma íntima ligação e interdependência entre descobertas científicas e a prestação de cuidados clínicos de excelência. A investigação está especialmente focada em três áreas: as neurociências, o cancro e a visão.

O Apoio do COMPETE 2020

Ao longo dos anos, o âmbito de aplicação da neurociência tem-se expandido através do desenvolvimento de novas tecnologias combinando conhecimentos de engenharia, física, biologia e genética. Estes desenvolvimentos levaram-nos a idealizar e propor um novo dispositivo que conseguisse impulsionar o setor, focando-se numa tecnologia em particular – Optogenética. Esta encontra-se como uma das mais promissoras e com maior potencial para a investigação na área.

O esforço conjunto do consórcio resulta numa solução com uma multiplicidade de possíveis aplicações, tornando os resultados deste projeto bastantes ambiciosos. Neste sentido, o apoio do COMPETE 2020 é um fator crucial para a aposta nesta tecnologia disruptiva, tendo permitido ao consórcio, liderado pela INOVA+, a aposta no desenvolvimento e posicionamento da solução entre o estado da arte.

Este projeto contou com o cofinanciamento do COMPETE 2020, no âmbito do Sistema de Incentivos à Investigação e Desenvolvimento Tecnológico em Co-promoção, envolvendo um investimento elegível de 900 mil euros o que resultou num incentivo FEDER de cerca de 568 mil euros.