Com uma técnica que supera os comportamentos sociais inatos das células, os pesquisadores deram um passo importante para direcionar as células da pele a migrar em massa para fechar feridas - "literalmente fazendo a pele arrepiar", disse o investigador principal Daniel Cohen.

Em um novo estudo, os pesquisadores superaram a inanãrcia ta­pica do tecido cuta¢neo maduro , quebrando as conexões moleculares entre as células, aplicando um campo elanãtrico para direcionar sua migração e reconstruindo as conexões. Esta nova abordagem melhora a controlabilidade dos tecidos e pode um dia ajudar a otimizar a cicatrização de feridas por meio da estimulação elanãtrica.

O médico alema£o Emil du Bois-Reymond descreveu pela primeira vez uma corrente elanãtrica fluindo de um corte em seu dedo em 1848. Pesquisas posteriores mostraram que as células do corpo podem sentir e seguir um campo elanãtrico, um processo chamado eletrotaxia. Os campos elanãtricos gerados no corpo promovem a cura ao direcionar as células para se moverem em direção a  ferida e também são vitais para o crescimento e o desenvolvimento.

"Existem muitas razões pelas quais as pessoas pensam que a estimulação elanãtrica pode ajudar na cicatrização de feridas", disse Gawoon Shim, o principal autor do estudo e aluno de pós-graduação no laboratório de Cohen. Mas apesar das evidaªncias cla­nicas promissoras de décadas de uso em pacientes, os cientistas ainda precisam descobrir como as células detectam e respondem a campos elanãtricos ou como a estimulação elanãtrica pode ser melhor aplicada terapeuticamente. "a‰ uma espanãcie de caixa preta", disse Shim.

"Descobrimos esse fena´meno ba¡sico 175 anos atrás e ainda não temos band-aids elanãtricos comerciais", disse Daniel J. Cohen, professor assistente de engenharia meca¢nica e aeroespacial e autor saªnior do estudo , publicado online na edição de 20 de julho dos Procedimentos da Academia Nacional de Ciências. "Ninguanãm realmente conhece as regras para projetar essas coisas."

Em seu trabalho anterior, o grupo de Cohen usou campos elanãtricos para programar milhares de células individuais para se moverem em ca­rculos e ao redor dos cantos . Seu novo estudo usou um modelo de pele mais madura - uma única camada de células da pele de camundongo todas unidas - que émais difa­cil de controlar. Em vez de se moverem com a velocidade e precisão de uma banda em resposta a uma corrente elanãtrica , as células maduras da pele avana§aram como uma multida£o de pessoas de ma£os dadas com seus vizinhos.

A pele madura também apresentava outro problema: quando a borda dianteira das células avana§ava, ela se desprendia da placa de Petri e morria. "Se vocêaplicar um comando diferente do que as células naturalmente 'querem' fazer, vocêtera¡ um cabo de guerra", disse Cohen. "O resultado foi que os tecidos se rasgaram."

Cohen e Shim suspeitaram que os "apertos de ma£o" entre as células impediam o tecido de seguir com fluidez os comandos elanãtricos. Esses apertos de ma£o são protea­nas chamadas caderinas, que ancoram as células vizinhas. Eles tornam os tecidos coesos para que possam se mover juntos, mas também podem criar congestionamentos quando as células não tem espaço para se mover.

As caderinas precisam de a­ons de ca¡lcio para completar suas conexões, então Shim cultivou as células com diferentes quantidades de ca¡lcio e mediu sua resposta a  estimulação elanãtrica . Ela viu que quanto menos ca¡lcio as células tinham, mais fluidas elas se tornavam e mais rápido se moviam. "Foi muito rápido - fiquei muito surpreso", disse Shim.

O ca¡lcio tem muitos efeitos nos tecidos vivos, entretanto, Shim teve que confirmar que os apertos de ma£o eram os culpados pelo movimento lento. Ela cultivou células com um anticorpo que se liga a s caderinas. Com os apertos de ma£o bloqueados, essas células se moviam mais rapidamente.

Depois de descobrir as regras ba¡sicas da adesividade celular, os pesquisadores desenvolveram uma solução para seu problema de células pegajosas. Shim desenvolveu uma camada de células da pele em uma solução de alto teor de ca¡lcio para que elas fizessem suas conexões normais. Em seguida, ela tratou as células com uma substância química que agarra os a­ons de ca¡lcio para interromper os apertos de ma£o celulares. Quando Shim baixou onívelde ca¡lcio e aplicou o campo elanãtrico, as células se moveram sob comando. Finalmente, ela restaurou o altonívelde ca¡lcio para restabelecer os apertos de ma£o, resultando em uma camada sauda¡vel e coesa de células da pele .

Para demonstrar que essa abordagem tem o potencial de acelerar a cura, Shim realizou o experimento acima usando um eletrobiorreator desenvolvido no laboratório de Cohen que simula o fechamento de uma ferida. Ao contra¡rio de outros modelos de eletrotaxia em que o campo elanãtrico move as células em uma direção, seu novo sistema expaµe as células a um campo elanãtrico focado no centro da lesão. Shim mostrou que os tecidos estimulados se uniram com sucesso, enquanto os não estimulados permaneceram amplamente separados. O grupo de Cohen descreveu seu eletrobiorreator em um novo artigo na Biosensors and Bioelectronics .

"Este estudo conciso e empolgante do laboratório de Cohen resulta em uma lição intuitiva, embora atéentão desconhecida: células em migração coletiva seguem pistas direcionais mais prontamente se sua coesão maºtua for mais fraca", disse Alex Mogilner, professor de Matema¡tica e Biologia da Universidade de Nova York que estuda a biofa­sica dos comportamentos coletivos e não esteve envolvida na pesquisa. "Este artigo não éapenas ciência ba¡sica, mas também tem implicações biomédicas de longo alcance ... [Cohen] pergunta não apenas como as células fazem isso, mas também como podemos manipular as células e fazaª-las funcionar melhor."

Em seguida, Shim e Cohen planejam passar de seu modelo bidimensional para um modelo 3D. A pele humana, por exemplo, écomposta de diferentes tecidos, como um bolo de camadas. Dependendo de como essas técnicas funcionam em um modelo de pele 3D, os resultados podem indicar se a mesma abordagem funcionara¡ em feridas reais. Muitos tecidos usam apertos de ma£o de caderina para unir as células , mas existem outras maneiras de os tecidos permanecerem conectados.

Este trabalho pode ser aplicado não apenas para ajudar a cicatrizar feridas mais rapidamente, mas também para ajustar o processo de cicatrização para evitar tensaµes e reduzir cicatrizes.

"Comea§amos com essa abordagem agrada¡vel, calorosa e difusa para criar comportamentos de grupo dizendo, vamos ver o que o tecido quer fazer e nos harmonizar com isso. Acontece que isso émuito simples", disse Cohen. "a€s vezes, eles não querem ouvi-lo direito. a€s vezes, vocêapenas tem que mudar as regras."