Implantes que se enrolam em torno da medula espinhal representam uma nova abordagem para o tratamento de lesões

Um pequeno e flexível dispositivo eletrônico que envolve a medula espinhal¹ pode representar uma nova abordagem para o tratamento de lesões² na coluna, que podem causar incapacidade profunda e paralisia³.

Uma equipe de engenheiros, neurocientistas e cirurgiões da Universidade de Cambridge desenvolveu os dispositivos e os utilizou para registrar os sinais⁴ nervosos que vão e voltam entre o cérebro⁵ e a medula espinhal¹. Ao contrário das abordagens atuais, os dispositivos de Cambridge podem registrar informações de 360 graus, dando uma imagem completa da atividade da medula espinal⁶.

Testes em modelos de animais vivos e cadáveres humanos mostraram que os dispositivos também poderiam estimular o movimento dos membros e contornar lesões² completas da medula espinhal¹, onde a comunicação entre o cérebro⁵ e a medula espinhal¹ foi completamente interrompida.

A maioria das abordagens atuais para o tratamento de lesões² da coluna vertebral⁷ envolve a perfuração da medula espinhal¹ com eletrodos e a colocação de implantes no cérebro⁵, ambas cirurgias de alto risco. Os dispositivos desenvolvidos em Cambridge poderiam levar a tratamentos para lesões² na coluna sem a necessidade de cirurgia cerebral, o que seria muito mais seguro para os pacientes.

Embora tais tratamentos ainda devam demorar vários anos para se tornarem realidade, os pesquisadores dizem que os dispositivos podem ser úteis no curto prazo para monitorar a atividade da medula espinhal¹ durante a cirurgia. Uma melhor compreensão da medula espinhal¹, que é difícil de estudar, poderia levar a melhores tratamentos para uma série de condições, incluindo dor crônica, inflamação⁸ e hipertensão⁹. Os resultados da pesquisa foram relatados na revista Science Advances.

“A medula espinhal¹ é como uma estrada, transportando informações na forma de impulsos nervosos de e para o cérebro”, disse o professor George Malliaras, do Departamento de Engenharia, que co-liderou a pesquisa. “Danos à medula espinhal¹ fazem com que o trânsito seja interrompido, resultando em incapacidade profunda, incluindo perda irreversível de funções sensoriais e motoras”.

A capacidade de monitorar os sinais⁴ que vão de e para a medula espinhal¹ poderia ajudar dramaticamente no desenvolvimento de tratamentos para lesões² na coluna vertebral⁷ e também poderia ser útil no curto prazo para um melhor monitoramento da medula espinhal¹ durante a cirurgia.

“A maioria das tecnologias para monitorar ou estimular a medula espinhal¹ interage apenas com neurônios¹⁰ motores ao longo da parte posterior ou dorsal da medula¹¹ espinhal”, disse o Dr. Damiano Barone, do Departamento de Neurociências Clínicas, que co-liderou a pesquisa. “Essas abordagens só podem atingir entre 20 e 30 por cento da medula¹¹, então você obtém uma imagem incompleta”.

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Inspirando-se na microeletrônica, os pesquisadores desenvolveram uma forma de obter informações de toda a medula espinhal¹, envolvendo implantes muito finos e de alta resolução ao redor da circunferência da medula espinhal¹. Esta é a primeira vez que o registro seguro de 360 graus da medula espinhal¹ é possível – abordagens anteriores para monitoramento de 360 graus usam eletrodos que perfuram a medula¹¹, o que pode causar lesões² da medula espinhal¹.

Os dispositivos biocompatíveis desenvolvidos por Cambridge – com apenas alguns milionésimos de metro de espessura – são feitos usando fotolitografia avançada e técnicas de deposição de filmes finos, e requerem energia mínima para funcionar.

Os dispositivos interceptam os sinais⁴ que viajam pelos axônios¹², ou fibras nervosas, da medula espinhal¹, permitindo que os sinais⁴ sejam registrados. A espessura dos aparelhos permite que eles registrem os sinais⁴ sem causar danos aos nervos, uma vez que não penetram na própria medula espinhal¹.

“Foi um processo difícil, porque nunca tínhamos feito implantes espinhais desta forma antes e não estava claro se poderíamos colocá-los com segurança e sucesso ao redor da medula¹¹ espinhal”, disse Malliaras. “Mas devido aos recentes avanços tanto na engenharia como na neurocirurgia, os planetas se alinharam e fizemos grandes progressos nesta importante área.”

Os dispositivos foram implantados adaptando-se ao procedimento cirúrgico de rotina para que pudessem ser deslizados sob a medula espinhal¹ sem danificá-la. Em testes utilizando modelos de ratos, os pesquisadores utilizaram com sucesso os dispositivos para estimular o movimento dos membros. Os dispositivos apresentaram latência¹³ muito baixa – ou seja, seu tempo de reação foi próximo ao movimento reflexivo humano. Outros testes em modelos de cadáveres humanos mostraram que os dispositivos podem ser colocados com sucesso em humanos.

Os pesquisadores dizem que sua abordagem pode mudar a forma como as lesões² medulares serão tratadas no futuro. As tentativas atuais de tratar lesões² na coluna vertebral⁷ envolvem implantes cerebrais e espinhais, mas os pesquisadores de Cambridge dizem que os implantes cerebrais podem não ser necessários.

“Se alguém sofre uma lesão¹⁴ na coluna, o cérebro⁵ está bem, mas é a conexão que foi interrompida”, disse Barone. “Como cirurgião, você quer ir onde está o problema, então adicionar uma cirurgia no cérebro⁵ à cirurgia na coluna apenas aumenta o risco para o paciente. Podemos coletar todas as informações que precisamos da medula espinhal¹ de uma forma muito menos invasiva, então esta seria uma abordagem muito mais segura para o tratamento de lesões² na coluna vertebral⁷.”

No artigo publicado, os pesquisadores descrevem o desenvolvimento de bioeletrônica circunferencial flexível para permitir registro e estimulação de 360 graus da medula espinhal¹.

Eles relatam que a medula espinhal¹ é crucial para a transmissão de informações motoras e sensoriais entre o cérebro⁵ e os sistemas periféricos. Lesões² na medula espinhal¹ podem levar a consequências graves, incluindo paralisia³ e disfunção autonômica.

Neste contexto, eles introduziram componentes eletrônicos flexíveis de película fina para interface circunferencial com a medula espinhal¹. Este método permite a gravação e estimulação simultânea dos tratos dorsal, lateral e ventral com um único dispositivo.

As descobertas incluem captura e elicitação bem-sucedida de sinais⁴ motores e sensoriais em ratos anestesiados, um sistema de circuito fechado de prova de conceito¹⁵ para colmatar lesões² completas da medula espinhal¹ e verificação de segurança do dispositivo em roedores que se movem livremente. Além disso, demonstrou-se potencial para aplicação humana através de um modelo de cadáver.

Este método vê um caminho claro para a clínica, utilizando materiais e práticas cirúrgicas que reduzem o risco durante a implantação e preservam a integridade da medula espinhal¹.

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Fontes:
Science Advances, Vol. 10, Nº 19, em 08 de maio de 2024.
Science Daily, notícia publicada em 08 de maio de 2024.