Uma langua biomimanãtica seráextremamente útil para aumentar a produtividade do desenvolvimento e reduzir a dependaªncia dos fabricantes de testes em humanos nos esta¡gios iniciais.
O molde negativo impresso em 3D mostrando orifacios para as papilas filiformes e fungiformes. Crédito: University of Leeds
Os cientistas criaramsuperfÍcies macias sintanãticas com texturas semelhantes a langua pela primeira vez usando impressão 3-D, abrindo novas possibilidades para testar propriedades de processamento oral de alimentos, tecnologias nutricionais, produtos farmacaªuticos e terapias de boca seca.
Cientistas do Reino Unido liderados pela Universidade de Leeds em colaboração com a Universidade de Edimburgo reproduziram o design desuperfÍcie altamente sofisticado de uma langua humana e demonstraram que sua estrutura de silicone sintanãtico impresso imita a topologia, elasticidade e molhabilidade dasuperfÍcie da langua.
Esses fatores são fundamentais para a forma como o alimento ou a saliva interage com a langua, o que, por sua vez, pode afetar a sensação na boca, deglutição, fala, ingestãonutricional e qualidade de vida.
Uma langua biomimanãtica ajudara¡ os desenvolvedores a realizar a triagem de produtos recanãm-projetados e a acelerar os novos processos de desenvolvimento sem a necessidade de testes em humanos em esta¡gios iniciais, que geralmente são muito caros e demorados.
Particularmente, desde o inicio da pandemia COVID-19, o distanciamento social tem apresentado desafios significativos para a realização de tais testes sensoriais e testes de consumo. Uma langua biomimanãtica seráextremamente útil para aumentar a produtividade do desenvolvimento e reduzir a dependaªncia dos fabricantes de testes em humanos nos esta¡gios iniciais.
Uma langua biomimanãtica poderia ainda oferecer uma miraade de aplicações para lutar contra a adulteração em alimentos e outros produtos farmacaªuticos administrados por via oral se os atributos texturais são as caracteristicas que regem e podem salvar enormes perdas econa´micas.
A natureza complexa dasuperfÍcie biológica da langua apresenta desafios na replicação artificial, adicionando grandes obsta¡culos ao desenvolvimento e triagem de tratamentos ou terapias eficazes de longa duração para a sandrome da boca seca - cerca de 10% da população geral e 30% das pessoas mais velhas sofrem de boca seca.
O autor principal do estudo, Dr. Efren Andablo-Reyes, conduziu esta pesquisa enquanto era pa³s-doutorando na Escola de Ciência dos Alimentos e Nutrição em Leeds. Ele disse: "Recriar asuperfÍcie de uma langua humana comum apresenta desafios arquiteta´nicos aºnicos. Centenas de pequenas estruturas em forma de botão chamadas papila da£o a langua sua textura a¡spera característica que, em combinação com a natureza macia do tecido, cria uma paisagem complicada de um perspectiva meca¢nica.
"Concentramos nossa atenção na seção dorsal anterior da langua, onde algumas dessas papilas contem receptores gustativos, enquanto muitas delas não possuem esses receptores. Ambos os tipos de papilas desempenham um papel crítico no fornecimento do atrito meca¢nico correto para auxiliar no processamento de alimentos no boca com quantidade adequada de saliva, proporcionando sensação prazerosa na boca e lubrificação adequada para a deglutição.
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"Nosso objetivo era replicar essas caracteristicas mecanicamente relevantes da langua humana em umasuperfÍcie que seja fa¡cil de usar no laboratório para reproduzir as condições de processamento oral."
O estudo que reuniu experiência única em ciência de cola³ides de alimentos, física da matéria mole, odontologia, engenharia meca¢nica e ciência da computação foi publicado hoje na revista ACS Applied Materials & Interfaces .
A equipe tirou impressaµes de silicone dassuperfÍcies da langua de quinze adultos. As impressaµes foram escaneadas opticamente em 3-D para mapear asDimensões das papilas, a densidade e a aspereza média das languas. A textura de uma langua humana foi encontrada para se assemelhar a um layout aleata³rio.
A equipe usou simulações de computador e modelagem matemática para criar umasuperfÍcie artificial impressa em 3D para funcionar como um molde contendo poa§os com a forma e asDimensões das diferentes papilas distribuadas aleatoriamente pelasuperfÍcie com a densidade correta. Este foi moldado em ranãplicas contra elasta´meros de maciez e molhabilidade otimizadas.
O coautor da Universidade de Edimburgo, Rik Sarkar, da Escola de Informa¡tica, disse: "A aleatoriedade na distribuição das papilas parece desempenhar um papel sensorial importante para a langua.
"Definimos um novo conceito chamado probabilidade de colisão para medir a detecção mecanizada, que tera¡ grande impacto nesta área. No futuro, usaremos uma combinação de aprendizado de ma¡quina e topologia computacional para criar modelos de langua de diversos indivíduos sauda¡veis ​​e doentes para abordar vários condições. "
AsuperfÍcie artificial foi então impressa em 3-D usando tecnologia de processamento digital de luz com base na Escola de Engenharia Meca¢nica de Leeds.
Imagem a³tica 3D próxima a superfÍcie da ponta da langua humana.
Crédito: Anwesha Sakar, University of Leeds
A equipe executou uma sanãrie de experimentos usando diferentes fluidos complexos para garantir que a molhabilidade dasuperfÍcie impressa - como um laquido mantanãm contato e se espalha pelasuperfÍcie - e o desempenho da lubrificação fosse o mesmo das impressaµes da langua humana.
O coautor, Dr. Michael Bryant, da Escola de Engenharia Meca¢nica de Leeds, disse: "A aplicação de princapios bio-tribola³gicos, o estudo de fricção e lubrificação, na criação dessasuperfÍcie semelhante a uma langua éum passo significativo neste campo .
"A capacidade de produzir ranãplicas precisas dassuperfÍcies da langua com estrutura e propriedades meca¢nicas semelhantes ajudara¡ a agilizar a pesquisa e o desenvolvimento de cuidados bucais, produtos alimentacios e tecnologias terapaªuticas."
A principal investigadora Anwesha Sarkar, professora de coloides esuperfÍcies em Leeds, disse: "Mapear e replicar com precisão asuperfÍcie das languas e combina¡-la com um material que se aproxima da elasticidade da langua humana não foi uma tarefa fa¡cil. Aproveitar a experiência de várias disciplinas STEM, nos' Demonstramos a capacidade sem precedentes de umasuperfÍcie de silicone impressa em 3D de imitar o desempenho meca¢nico da langua humana.
"Acreditamos que fabricar umasuperfÍcie sintanãtica com propriedades relevantes que imita as intrincadas caracteristicas arquiteta´nicas e, mais importante, o desempenho lubrificante da langua humana éfundamental para obter uma compreensão quantitativa de como os fluidos interagem dentro da cavidade oral.
“EstasuperfÍcie biomimanãtica da langua também pode servir como uma ferramenta meca¢nica única para ajudar a detectar falsificações em alimentos e bebidas de alto valor com base em atributos texturais, o que éuma preocupação global e pode ajudar a garantir a segurança alimentar.
"Em última análise, nossa esperana§a éque asuperfÍcie que projetamos possa ser importante para a compreensão de como a biomeca¢nica da langua sustenta os fundamentos da alimentação e da fala humana.