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Pequenos robôs cirúrgicos podem transformar a detecção e o tratamento do câncer

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Um pequeno robô que pode viajar profundamente nos pulmões1 para detectar e tratar os primeiros sinais2 de câncer3 foi desenvolvido por pesquisadores da Universidade de Leeds.

O tentáculo ultra macio, que mede apenas 2 milímetros de diâmetro e é controlado por ímãs, pode atingir alguns dos menores brônquios4 e transformar o tratamento do câncer3 de pulmão5.

Ele abre caminho para uma abordagem de tratamento mais precisa, personalizada e muito menos invasiva e foi desenvolvido por engenheiros, cientistas e médicos baseados no Laboratório STORM da Universidade de Leeds.

Os pesquisadores testaram o robô com tentáculo magnético nos pulmões1 de um cadáver e descobriram que ele pode viajar 37% mais fundo do que o equipamento padrão e causar menos danos aos tecidos.

Os resultados das suas investigações foram publicados na revista Nature Communications Engineering.

Leia sobre "Câncer3 de pulmão5" e "Prevenção do câncer3".

O professor Pietro Valdastri, diretor do STORM Lab e supervisor de pesquisa, disse: “Este é um desenvolvimento realmente emocionante.

“Esta nova abordagem tem a vantagem de ser específica para a anatomia, mais suave que a anatomia e totalmente controlável pela forma através do magnetismo. Estas três características principais têm o potencial de revolucionar a navegação dentro do corpo.”

O câncer3 de pulmão5 tem a maior taxa de mortalidade6 por câncer3 em todo o mundo. No câncer3 de pulmão5 de células7 não pequenas em fase inicial, que representa cerca de 84% dos casos, a intervenção cirúrgica é o tratamento padrão.

No entanto, isso normalmente é altamente invasivo e leva à remoção significativa de tecido8. Esta abordagem não é adequada para todos os pacientes e pode ter impacto na função pulmonar.

Os programas de rastreio do câncer3 de pulmão5 conduziram a melhores taxas de sobrevivência9, mas também realçaram a necessidade urgente de encontrar formas não invasivas de diagnosticar e tratar precocemente os pacientes.

Além de melhorar a navegação dentro dos pulmões1 durante as biópsias10, o robô com tentáculos magnéticos pode abrir caminho para um tratamento muito menos invasivo, permitindo que os médicos atinjam apenas células7 maliciosas, ao mesmo tempo que permite que tecidos e órgãos saudáveis continuem a funcionar normalmente.

O coautor do artigo, Dr. Giovanni Pittiglio, que realizou a pesquisa enquanto realizava seu doutorado na Escola de Engenharia Eletrônica e Elétrica, acrescentou: “Nosso objetivo era, e é, trazer ajuda curativa com o mínimo de dor para o paciente.

“A atuação magnética remota nos permitiu fazer isso usando tentáculos ultra macios que podem chegar mais fundo, ao mesmo tempo que se moldam à anatomia e reduzem o trauma.”

A equipe irá agora coletar todos os dados que lhes permitirão iniciar testes em humanos.

Os pesquisadores do STORM Lab também têm investigado formas de controlar dois robôs magnéticos independentes para que possam trabalhar juntos numa área confinada da anatomia humana, permitindo que um mova uma câmera e o outro controle um laser para remover tumores.

Os dispositivos são feitos de silicone para minimizar danos aos tecidos e são controlados por ímãs montados em braços robóticos fora do corpo do paciente.

Usando uma réplica de um crânio11, a equipe testou com sucesso o uso de dois robôs para realizar cirurgia cerebral endonasal, uma técnica que permite ao cirurgião passar pelo nariz12 para operar áreas na parte frontal do cérebro13 e na parte superior da coluna.

Os pesquisadores precisavam que os robôs magnéticos se movessem independentemente um do outro para que um pudesse mover a câmera, enquanto o outro pudesse direcionar um laser para um tumor14.

Normalmente, dois ímãs colocados próximos um do outro se atrairiam, criando um desafio para os pesquisadores.

Eles superaram isso projetando os corpos dos tentáculos de uma forma que eles pudessem dobrar apenas em direções específicas e realocando os pólos norte e sul em cada tentáculo magnético do robô.

Eles conseguiram então simular a remoção de um tumor14 benigno na glândula15 pituitária, na base do crânio16, provando pela primeira vez que é possível controlar dois dos robôs em uma área confinada do corpo.

Os resultados da pesquisa foram publicados na revista Advanced Intelligent Systems.

A principal autora do artigo, Zaneta Koszowska, pesquisadora da Escola de Engenharia Eletrônica e Elétrica de Leeds, disse: “Esta é uma contribuição significativa para o campo da robótica controlada magneticamente.

“Nossas descobertas mostram que procedimentos diagnósticos com câmera, assim como procedimentos cirúrgicos completos, podem ser realizados em pequenos espaços anatômicos.”

Veja também sobre "Tumores cerebrais" e "Distinção entre tumores benignos e malignos".

Confira a seguir os resumos dos dois estudos.

Tentáculos magnéticos personalizados para terapia contra o câncer3 fototérmica direcionada no tecido8 pulmonar periférico

O câncer3 de pulmão5 continua a ser uma das doenças com maior risco de vida e é atualmente gerido através de abordagens invasivas, como cirurgia, quimioterapia17 ou radioterapia18. Neste trabalho, apresentou-se um novo método para a aplicação direcionada de um laser terapêutico para o tratamento de tumores em áreas periféricas dos pulmões1.

A abordagem utiliza um cateter magnético ultra macio, específico do paciente, de 2,4 mm de diâmetro, colocado a partir da extremidade de um broncoscópio19 padrão para alcançar a periferia dos pulmões1.

Um sensor de forma integrado facilita o controle autônomo supervisionado da forma completa para navegação precisa nos brônquios4 subsegmentares, e uma fibra laser incorporada permite o tratamento por meio de fornecimento de energia localizada.

Relatou-se a navegação completa de oito lúmens dos brônquios4 primários de um modelo phantom anatomicamente preciso (desenvolvido a partir de dados de tomografia computadorizada20) e a aplicação bem-sucedida de laser para ablação21 fototérmica.

Avaliou-se ainda a abordagem em três ramos diversos de pulmões1 de cadáveres excisados, mostrando uma melhora média na profundidade de navegação de 37% com menos deslocamento de tecido8 quando comparado a um cateter semirrígido padrão e repetibilidade da profundidade de navegação em todos os testes de <1 mm.

Manipuladores magnéticos suaves com atuação independente para operações bimanuais em cavidades anatômicas confinadas

Manipuladores magnéticos macios oferecem a perspectiva de melhores resultados cirúrgicos através de seu potencial de miniaturização e interação tecidual inerentemente segura. No entanto, a atuação independente de múltiplos manipuladores dentro do mesmo espaço de trabalho confinado é limitada pela atuação simultânea indesejada e pelas interações manipulador-manipulador.

Neste estudo, pela primeira vez, são propostas abordagens para a atuação magnética independente de dois manipuladores magnéticos contínuos dentro do mesmo espaço de trabalho confinado.

Um novo design modular de segmento de robô magnético macio é proposto com geometria modificada para fornecer planos de flexão preferenciais e altos ângulos de deflexão. Este projeto é integrado a dois manipuladores magnéticos de segmento duplo que, quando dispostos em paralelo, podem proporcionar flexão independente em dois planos de movimento.

Duas estratégias de controle independentes distintas são propostas, baseadas em perfis de magnetização do manipulador ortogonal e controle de gradiente de campo local, respectivamente.

Cada configuração de manipulador duplo é caracterizada por uma sequência de campos magnéticos e gradientes aplicados, induzidos por meio de um sistema duplo de ímã permanente externo controlado roboticamente.

A independência do manipulador, a amplitude de movimento de flexão e os comportamentos de torção22 são avaliados em função da estratégia de controle e da distância de separação do manipulador.

Para demonstrar o potencial do sistema em cenários clínicos, uma configuração de manipulador duplo é adaptada para transportar uma câmera endoscópica e fibra óptica, respectivamente. O sistema bimanual resultante é implantado na anatomia confinada de um modelo phantom da base do crânio16 para simular a ablação21 minimamente invasiva de um adenoma23 hipofisário.

O movimento independente da câmera e da ferramenta dentro do espaço de trabalho confinado demonstra o potencial para uma manipulação independente da ferramenta magnética para aplicações cirúrgicas.

 

Fontes:
Nature Communications Engineering, publicação em 27 de julho de 2023.
Advanced Intelligent Systems, publicação em 27 de julho de 2023.
Oncology News Today, notícia publicada em 22 de agosto de 2023.

 

NEWS.MED.BR, 2023. Pequenos robôs cirúrgicos podem transformar a detecção e o tratamento do câncer. Disponível em: <https://www.news.med.br/p/medical-journal/1444450/pequenos-robos-cirurgicos-podem-transformar-a-deteccao-e-o-tratamento-do-cancer.htm>. Acesso em: 28 nov. 2023.

Complementos

1 Pulmões: Órgãos do sistema respiratório situados na cavidade torácica e responsáveis pelas trocas gasosas entre o ambiente e o sangue. São em número de dois, possuem forma piramidal, têm consistência esponjosa e medem cerca de 25 cm de comprimento. Os pulmões humanos são divididos em segmentos denominados lobos. O pulmão esquerdo possui dois lobos e o direito possui três. Os pulmões são compostos de brônquios que se dividem em bronquíolos e alvéolos pulmonares. Nos alvéolos se dão as trocas gasosas ou hematose pulmonar entre o meio ambiente e o corpo, com a entrada de oxigênio na hemoglobina do sangue (formando a oxiemoglobina) e saída do gás carbônico ou dióxido de carbono (que vem da célula como carboemoglobina) dos capilares para o alvéolo.
2 Sinais: São alterações percebidas ou medidas por outra pessoa, geralmente um profissional de saúde, sem o relato ou comunicação do paciente. Por exemplo, uma ferida.
3 Câncer: Crescimento anormal de um tecido celular capaz de invadir outros órgãos localmente ou à distância (metástases).
4 Brônquios: A maior passagem que leva ar aos pulmões originando-se na bifurcação terminal da traquéia. Sinônimos: Bronquíolos
5 Pulmão: Cada um dos órgãos pareados que ocupam a cavidade torácica que tem como função a oxigenação do sangue.
6 Mortalidade: A taxa de mortalidade ou coeficiente de mortalidade é um dado demográfico do número de óbitos, geralmente para cada mil habitantes em uma dada região, em um determinado período de tempo.
7 Células: Unidades (ou subunidades) funcionais e estruturais fundamentais dos organismos vivos. São compostas de CITOPLASMA (com várias ORGANELAS) e limitadas por uma MEMBRANA CELULAR.
8 Tecido: Conjunto de células de características semelhantes, organizadas em estruturas complexas para cumprir uma determinada função. Exemplo de tecido: o tecido ósseo encontra-se formado por osteócitos dispostos em uma matriz mineral para cumprir funções de sustentação.
9 Sobrevivência: 1. Ato ou efeito de sobreviver, de continuar a viver ou a existir. 2. Característica, condição ou virtude daquele ou daquilo que subsiste a um outro. Condição ou qualidade de quem ainda vive após a morte de outra pessoa. 3. Sequência ininterrupta de algo; o que subsiste de (alguma coisa remota no tempo); continuidade, persistência, duração.
10 Biópsias: 1. Retirada de material celular ou de um fragmento de tecido de um ser vivo para determinação de um diagnóstico. 2. Exame histológico e histoquímico. 3. Por metonímia, é o próprio material retirado para exame.
11 Crânio: O ESQUELETO da CABEÇA; compreende também os OSSOS FACIAIS e os que recobrem o CÉREBRO. Sinônimos: Calvaria; Calota Craniana
12 Nariz: Estrutura especializada que funciona como um órgão do sentido do olfato e que também pertence ao sistema respiratório; o termo inclui tanto o nariz externo como a cavidade nasal.
13 Cérebro: Derivado do TELENCÉFALO, o cérebro é composto dos hemisférios direito e esquerdo. Cada hemisfério contém um córtex cerebral exterior e gânglios basais subcorticais. O cérebro inclui todas as partes dentro do crânio exceto MEDULA OBLONGA, PONTE e CEREBELO. As funções cerebrais incluem as atividades sensório-motora, emocional e intelectual.
14 Tumor: Termo que literalmente significa massa ou formação de tecido. É utilizado em geral para referir-se a uma formação neoplásica.
15 Glândula: Estrutura do organismo especializada na produção de substâncias que podem ser lançadas na corrente sangüínea (glândulas endócrinas) ou em uma superfície mucosa ou cutânea (glândulas exócrinas). A saliva, o suor, o muco, são exemplos de produtos de glândulas exócrinas. Os hormônios da tireóide, a insulina e os estrógenos são de secreção endócrina.
16 Base do Crânio: Região inferior do crânio consistindo de uma superfície interna (cerebral) e uma superfície externa (basal).
17 Quimioterapia: Método que utiliza compostos químicos, chamados quimioterápicos, no tratamento de doenças causadas por agentes biológicos. Quando aplicada ao câncer, a quimioterapia é chamada de quimioterapia antineoplásica ou quimioterapia antiblástica.
18 Radioterapia: Método que utiliza diversos tipos de radiação ionizante para tratamento de doenças oncológicas.
19 Broncoscópio: Instrumento dotado de iluminação empregado para inspecionar o interior da árvore traqueobrônquica, usualmente para diagnóstico, coleta de material para culturas, biópsias e remoção de corpos estranhos.
20 Tomografia computadorizada: Exame capaz de obter imagens em tons de cinza de “fatias” de partes do corpo ou de órgãos selecionados, as quais são geradas pelo processamento por um computador de uma sucessão de imagens de raios X de alta resolução em diversos segmentos sucessivos de partes do corpo ou de órgãos.
21 Ablação: Extirpação de qualquer órgão do corpo.
22 Torção: 1. Ato ou efeito de torcer. 2. Na geometria diferencial, é a medida da derivada do vetor binormal em relação ao comprimento de arco. 3. Em física, é a deformação de um sólido em que os planos vizinhos, transversais a um eixo comum, sofrem, cada um deles, um deslocamento angular relativo aos outros planos. 4. Em medicina, é o mesmo que entorse. 5. Na patologia, é o movimento de rotação de um órgão sobre si mesmo. 6. Em veterinária, é a cólica de alguns animais, especialmente a do cavalo.
23 Adenoma: Tumor do epitélio glandular de características benignas.
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