Células do câncer fazem computação para contar o que estão fazendo

Esta porta lógica permite ler três resultados diferentes a partir da "decisão" de cada célula.
[Imagem: Hye-ran Moon et al. - 10.1039/D2LC00807F]

Por que estas células estão se movendo?

As células do câncer podem migrar pelo corpo por vários motivos: Algumas estão simplesmente seguindo o fluxo de um fluido, como o sangue, enquanto outras seguem ativamente trilhas químicas específicas, um processo que a ciência ainda não compreende completamente.

Para começar a elucidar os mecanismos de toda essa movimentação é essencial determinar quais células estão se movendo e por quê?

Para isso, Hye-ran Moon e colegas da Universidade Purdue (EUA) fizeram uma espécie de engenharia reversa de um sistema de processamento de sinal celular e usaram esse sistema como uma porta lógica - uma espécie de computador muito simples - para entender melhor o que causa a migração de células específicas.

Isto foi possível graças a um chip microfluídico - também conhecido como biochip - formado por minúsculos canais por onde as células podem se movimentar e receber alimento, simulando um ambiente biológico.

"Em nossos experimentos normais, nós observamos e estudamos como essas células cancerígenas migram, porque é um aspecto importante da metástase do câncer," disse Moon. "Mas aqui é diferente: Estamos tentando abordar os mecanismos fundamentais por trás desses comportamentos. E é muito desafiador porque as células são sistemas muito complexos de moléculas e estão expostas a vários sinais que as fazem se mover."

A computação é feita na parte serrilhada, vista no centro do dispositivo.
[Imagem: Jared Pike/Purdue University]

Computação com células

Um dos sinais que ativam as células envolve trilhas químicas, para as quais muitas células são inerentemente atraídas (muito parecido com formigas seguindo uma trilha de cheiro). Outro é o fluxo de fluido: Se os fluidos estiverem circulando em torno das células em uma determinada direção, muitas células simplesmente seguirão o caminho.

Vem então a questão: Se uma célula está se movendo, como você pode saber se ela está sendo motivada por substâncias químicas, movimentos de fluidos ou ambos?

Foi para obter essa resposta que a equipe precisou de seu computador rudimentar, uma porta lógica ternária: O biochip fornece três sinais diferentes (fluxo ou sinal químico) e o comportamento da célula dá o resultado diretamente conforme o caminho que ela toma, que funciona como o bit de um computador, com a vantagem de poder mostrar três resultados diferentes. "Se as células se moveram na direção do fluxo, isso é 1," explicou Moon. "Se elas não têm direcionalidade, isso é 0. Se elas se movem na direção oposta ao fluxo, isso é -1."

Com base nessas observações, Moon extrapolou uma matriz 3x3 para simplificar os resultados. As pistas dessas células cancerígenas agora podem ser diagramadas da mesma forma que um engenheiro elétrico faz o diagrama de um circuito.

Complicações do mundo real

Claro que, no mundo real, as coisas não são tão simples. Mas a equipe quer avançar, já planejando construir um experimento em um plano bidimensional; e depois outro em um volume tridimensional. E isso é só para começar. Por exemplo, quando forem adicionados vários estímulos e o tempo for fatorado como a 4ª dimensão, os cálculos se tornam incrivelmente complexos. "Agora você entende por que os biólogos precisam usar supercomputadores," disse Moon.

Mesmo com todos esses desafios, contudo, isso ainda é muito mais fácil do que estudar organismos vivos, que são ainda mais complexos, o que explica porque não temos cura para os diversos cânceres mesmo depois de um século de pesquisas. Os biochips podem ajudar nessas pesquisas, criando aparatos controláveis, onde os inúmeros experimentos poderão ser feitos de forma metódica, sistemática e repetitiva com todas as variáveis envolvidas e para todos os tipos de células cancerosas que os cientistas decidirem estudar.