Imagine uma tecnologia tão inovadora quanto simples, capaz de transformar simultaneamente as capacidades da investigação de ponta e, ao mesmo tempo, ser construída por crianças em idade escolar com peças de brincar. Esta é a história do NanoJ-Fluidics, carinhosamente conhecido como Pumpy.
A jornada começou em 2017, quando a nossa equipa de investigação enfrentou um desafio fundamental na microscopia: a necessidade de trocar fluidos com elevada precisão na amostra observada ao microscópio, mantendo a continuidade da imagem. As soluções comerciais existentes eram excessivamente dispendiosas, complexas de operar e, em grande medida, inacessíveis para a maioria dos laboratórios em todo o mundo. Em vez de desenvolver mais uma “caixa negra” cara e fechada, adotámos uma abordagem radical: seria possível construir uma solução com componentes tão familiares que até crianças os pudessem compreender e montar?
O resultado foi o NanoJ-Fluidics (Pumpy) — um sistema automatizado de fornecimento de fluidos, de elevada precisão, construído integralmente com componentes LEGO e controlado por software open-source. O sistema utiliza motores e engrenagens LEGO para criar bombas de seringa capazes de realizar trocas de fluidos com precisão ao nível dos nanolitros diretamente na platina do microscópio. Esta inovação aparentemente simples desbloqueou novas capacidades experimentais. Os investigadores passaram a poder realizar protocolos complexos, como imagiologia correlativa de células vivas para fixadas, marcações sequenciais e microscopia de super-resolução multiplexada, com níveis de precisão e reprodutibilidade até então impossíveis.
A publicação desta abordagem na Nature Communications, em 2019, gerou atenção imediata. Contudo, o que se seguiu superou todas as expectativas. Para além de transformar as capacidades de investigação em laboratórios bem equipados, o Pumpy deu origem a um verdadeiro movimento de democratização da ciência e da educação. A principal força da abordagem — a utilização de componentes LEGO — tornou conceitos científicos avançados acessíveis a estudantes e ao público em geral de forma nunca antes vista.
Em colaboração com Pedro Pereira, co-inventor do Pumpy e atualmente líder do seu próprio grupo de investigação no ITQB NOVA, dedicado ao estudo da infeção intracelular por Staphylococcus aureus, foi possível demonstrar como esta tecnologia viabilizou experiências sofisticadas para compreender o comportamento e a estrutura celular à nanoescala. O Pumpy permitiu uma coordenação precisa entre imagiologia de células vivas, fixação e imunomarcação — capacidades essenciais para desvendar os mecanismos de infeção celular.
O impacto educativo rapidamente ultrapassou os laboratórios de investigação e chegou às salas de aula. Foram desenvolvidos workshops onde os estudantes constroem os seus próprios instrumentos científicos com peças LEGO, aprendendo princípios de fluídica, microscopia e desenho experimental através de experiências práticas. A familiaridade com o LEGO eliminou barreiras tradicionais à compreensão de equipamento científico complexo. O que antes era uma “caixa negra” passou a ser transparente, montável e compreensível.
À medida que a iniciativa se difundia, em especial através das redes sociais com a hashtag #pumpy, educadores de todo o mundo começaram a adotar estas abordagens. Crianças que antes viam a ciência como abstrata ou inacessível passaram a construir instrumentos científicos funcionais com as próprias mãos, usando componentes que já conheciam. Esta transformação na educação científica representa um dos impactos mais profundos do Pumpy: tornar a ciência sofisticada tangível, próxima e inspiradora para os mais jovens.
A evolução prosseguiu com a transição gradual de muitos componentes LEGO para impressão 3D, mantendo a filosofia open-source e permitindo desenhos mais precisos e personalizados. Este desenvolvimento possibilitou a criação de ferramentas de microscopia cada vez mais sofisticadas, preservando simultaneamente o valor educativo de envolver os estudantes no processo de construção. Atualmente, estas tecnologias integram projetos de investigação de grande dimensão no ITQB NOVA, incluindo a minha bolsa ERC Consolidator, centrada em microscopia de super-resolução de células vivas com apoio de inteligência artificial, e o consórcio multinacional RT-SuperES.
De forma particularmente inovadora, o projeto RT-SuperES utiliza agora técnicas baseadas no Pumpy para ligar os mundos da imagiologia de células vivas e da proteómica em pequena escala no microscópio ótico. Esta capacidade, inimaginável antes do nosso desenvolvimento, permite aos investigadores observar processos celulares dinâmicos e, de seguida, realizar análises moleculares detalhadas exatamente nas mesmas células.
A história do Pumpy demonstra como inovações aparentemente simples podem desencadear mudanças profundas em múltiplos domínios. Ao reinventar a instrumentação científica como algo que pode ser construído com brinquedos, não só transformámos as capacidades da investigação, como também redefinimos a forma como os conceitos científicos podem ser ensinados e compreendidos. O impacto estende-se das salas de aula do ensino básico aos laboratórios de investigação mais avançados, unidos por um fio condutor comum: a democratização do conhecimento e da tecnologia.
Afinal, peças de brincar também podem alimentar investigação de ponta. O Pumpy mostra que tornar as ferramentas científicas abertas, acessíveis (e, por vezes, divertidas) é uma forma de acelerar a descoberta e inspirar a próxima geração.
Ricardo Henriques