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Pequeno sensor cerebral implantado sem cirurgia pode ajudar a diagnosticar lesões cerebrais e se dissolve após semanas

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Pesquisadores desenvolveram sensores biodegradáveis e sem fio que podem monitorar mudanças no cérebro1 após uma lesão2 na cabeça3 ou tratamento de câncer4, sem cirurgia invasiva. O pequeno sensor pode ser injetado através do crânio5 com uma agulha para ajudar a monitorar a saúde6 do cérebro1 antes de se dissolver em semanas. As descobertas foram relatadas na revista Nature.

Em testes com animais, um cubo de hidrogel do comprimento de um grão de arroz foi implantado no cérebro1 com uma agulha para monitorar temperatura ou pressão, e então dissolvido após algumas semanas. Os sensores tiveram o mesmo desempenho que os sensores convencionais com fio por até um mês após serem injetados sob o crânio5.

Os pesquisadores esperam que os novos sensores possam um dia permitir implantes humanos minimamente invasivos para monitorar lesões7 cerebrais traumáticas ou condições neurológicas, como epilepsia8.

“Até onde eu sei, este é o primeiro sensor sem fio que pode ser usado para monitorar condições dentro do corpo sem exigir nenhuma cirurgia”, diz Jules Magda, da Universidade de Utah, que não estava envolvido no trabalho.

O sensor é um cubo de hidrogel macio de 2 milímetros de largura, aproximadamente a largura de um grão de arroz. Jianfeng Zang, da Universidade de Ciência e Tecnologia de Huazhong, na China, e seus colegas criaram colunas de ar precisamente espaçadas por todo o hidrogel para fazer um sensor “metagel” estruturado. Quando uma fonte externa de ondas de ultrassom é aplicada ao sensor, os canais direcionam a reflexão do ultrassom. O formato do sensor se deforma sutilmente em resposta a mudanças nas condições do cérebro1, como pressão ou temperatura, que podem ser vistas no ultrassom refletido.

“Não são necessários fios ou eletrônicos”, diz Zang. “É quase como se o metagel estivesse agindo como um pequeno espelho acústico que muda seu reflexo em resposta ao seu ambiente.”

Leia sobre "Doenças neuromusculares", "Doenças cerebrovasculares" e "Traumatismos cranianos".

Zang e seus colegas mostraram que os sensores de metagel podem medir pressão, temperatura, nível de pH e a taxa de fluxo de vasos sanguíneos9 próximos quando injetados nos cérebros de ratos e porcos. Eles encontraram resultados comparáveis a sondas com fio que são tradicionalmente usadas para monitorar a saúde6 do cérebro1. Seus experimentos também descobriram que o metagel se decompõe em componentes relativamente inofensivos, como água e dióxido de carbono, dentro de quatro a cinco semanas.

Para injetar esse sensor no cérebro1, é necessária uma agulha de grande diâmetro. Isso ainda pode causar alguma dor e desconforto, diz Magda. Ele também destacou a necessidade de verificar se os metagéis dissolvidos são atóxicos.

Os ratos usados no experimento apresentaram muito pouco inchaço10 do tecido11 cerebral ou acúmulo de células12 imunes após a implantação e degradação do sensor, diz Zang. Mas testes de longo prazo em animais maiores ainda são necessários para mostrar que os metagéis funcionam de forma confiável e segura antes do início dos ensaios clínicos13 em humanos, diz ele.

No artigo publicado, os pesquisadores descrevem o desenvolvimento de um sensor ultrassônico injetável para monitoramento sem fio de sinais14 intracranianos.

Eles relatam que o monitoramento direto e preciso da fisiologia15 intracraniana tem imensa importância no delineamento de lesões7, prognóstico16 e prevenção de doenças. Instrumentos clínicos com fio que usam eletrodos percutâneos são precisos, mas são suscetíveis a infecções17, restrições de mobilidade do paciente e potenciais complicações cirúrgicas durante a remoção. Dispositivos implantáveis sem fio fornecem maior liberdade operacional, mas incluem problemas como alcance de detecção limitado, degradação deficiente e dificuldade na redução de tamanho no corpo humano18.

Neste estudo, apresentou-se um sensor de hidrogel metaestruturado (metagel) injetável, biorreabsorvível e sem fio para monitoramento ultrassônico de sinais14 intracranianos. Os sensores de metagel são cubos de 2 × 2 × 2 mm³ de tamanho que abrangem hidrogéis biodegradáveis e responsivos a estímulos e colunas de ar periodicamente alinhadas com um espectro de reflexão acústica específico.

Implantado no espaço intracraniano com uma agulha de punção, o metagel se deforma em resposta a mudanças ambientais fisiológicas19, causando mudanças de frequência de pico de ondas de ultrassom refletidas que podem ser medidas sem fio por uma sonda de ultrassom externa. O sensor de metagel pode detectar independentemente a pressão intracraniana, temperatura, pH e taxa de fluxo, realizar uma profundidade de detecção de 10 cm e degradar-se quase completamente dentro de 18 semanas.

Experimentos com animais em ratos e porcos indicam desempenhos promissores de detecção multiparamétrica, comparáveis aos parâmetros de referência clínicos convencionais com fios não reabsorvíveis.

Veja também sobre "Neurociência - o que ela estuda" e "Doenças nervosas degenerativas20".

 

Fontes:
Nature, publicação em 05 de junho de 2024.
New Scientist, notícia publicada em 05 de junho de 2024.

 

Créditos da imagem: Hanchuan Tang e Jianfeng Zang

 

NEWS.MED.BR, 2024. Pequeno sensor cerebral implantado sem cirurgia pode ajudar a diagnosticar lesões cerebrais e se dissolve após semanas. Disponível em: <https://www.news.med.br/p/medical-journal/1477095/pequeno-sensor-cerebral-implantado-sem-cirurgia-pode-ajudar-a-diagnosticar-lesoes-cerebrais-e-se-dissolve-apos-semanas.htm>. Acesso em: 19 nov. 2024.

Complementos

1 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.
2 Lesão: 1. Ato ou efeito de lesar (-se). 2. Em medicina, ferimento ou traumatismo. 3. Em patologia, qualquer alteração patológica ou traumática de um tecido, especialmente quando acarreta perda de função de uma parte do corpo. Ou também, um dos pontos de manifestação de uma doença sistêmica. 4. Em termos jurídicos, prejuízo sofrido por uma das partes contratantes que dá mais do que recebe, em virtude de erros de apreciação ou devido a elementos circunstanciais. Ou também, em direito penal, ofensa, dano à integridade física de alguém.
3 Cabeça:
4 Câncer: Crescimento anormal de um tecido celular capaz de invadir outros órgãos localmente ou à distância (metástases).
5 Crânio: O ESQUELETO da CABEÇA; compreende também os OSSOS FACIAIS e os que recobrem o CÉREBRO. Sinônimos: Calvaria; Calota Craniana
6 Saúde: 1. Estado de equilíbrio dinâmico entre o organismo e o seu ambiente, o qual mantém as características estruturais e funcionais do organismo dentro dos limites normais para sua forma de vida e para a sua fase do ciclo vital. 2. Estado de boa disposição física e psíquica; bem-estar. 3. Brinde, saudação que se faz bebendo à saúde de alguém. 4. Força física; robustez, vigor, energia.
7 Lesões: 1. Ato ou efeito de lesar (-se). 2. Em medicina, ferimento ou traumatismo. 3. Em patologia, qualquer alteração patológica ou traumática de um tecido, especialmente quando acarreta perda de função de uma parte do corpo. Ou também, um dos pontos de manifestação de uma doença sistêmica. 4. Em termos jurídicos, prejuízo sofrido por uma das partes contratantes que dá mais do que recebe, em virtude de erros de apreciação ou devido a elementos circunstanciais. Ou também, em direito penal, ofensa, dano à integridade física de alguém.
8 Epilepsia: Alteração temporária e reversível do funcionamento cerebral, que não tenha sido causada por febre, drogas ou distúrbios metabólicos. Durante alguns segundos ou minutos, uma parte do cérebro emite sinais incorretos, que podem ficar restritos a esse local ou espalhar-se. Quando restritos, a crise será chamada crise epiléptica parcial; quando envolverem os dois hemisférios cerebrais, será uma crise epiléptica generalizada. O paciente pode ter distorções de percepção, movimentos descontrolados de uma parte do corpo, medo repentino, desconforto no estômago, ver ou ouvir de maneira diferente e até perder a consciência - neste caso é chamada de crise complexa. Depois do episódio, enquanto se recupera, a pessoa pode sentir-se confusa e ter déficits de memória. Existem outros tipos de crises epilépticas.
9 Vasos Sanguíneos: Qualquer vaso tubular que transporta o sangue (artérias, arteríolas, capilares, vênulas e veias).
10 Inchaço: Inchação, edema.
11 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.
12 Células: Unidades (ou subunidades) funcionais e estruturais fundamentais dos organismos vivos. São compostas de CITOPLASMA (com várias ORGANELAS) e limitadas por uma MEMBRANA CELULAR.
13 Ensaios clínicos: Há três fases diferentes em um ensaio clínico. A Fase 1 é o primeiro teste de um tratamento em seres humanos para determinar se ele é seguro. A Fase 2 concentra-se em saber se um tratamento é eficaz. E a Fase 3 é o teste final antes da aprovação para determinar se o tratamento tem vantagens sobre os tratamentos padrões disponíveis.
14 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.
15 Fisiologia: Estudo das funções e do funcionamento normal dos seres vivos, especialmente dos processos físico-químicos que ocorrem nas células, tecidos, órgãos e sistemas dos seres vivos sadios.
16 Prognóstico: 1. Juízo médico, baseado no diagnóstico e nas possibilidades terapêuticas, em relação à duração, à evolução e ao termo de uma doença. Em medicina, predição do curso ou do resultado provável de uma doença; prognose. 2. Predição, presságio, profecia relativos a qualquer assunto. 3. Relativo a prognose. 4. Que traça o provável desenvolvimento futuro ou o resultado de um processo. 5. Que pode indicar acontecimentos futuros (diz-se de sinal, sintoma, indício, etc.). 6. No uso pejorativo, pernóstico, doutoral, professoral; prognóstico.
17 Infecções: Doença produzida pela invasão de um germe (bactéria, vírus, fungo, etc.) em um organismo superior. Como conseqüência da mesma podem ser produzidas alterações na estrutura ou funcionamento dos tecidos comprometidos, ocasionando febre, queda do estado geral, e inúmeros sintomas que dependem do tipo de germe e da reação imunológica perante o mesmo.
18 Corpo humano: O corpo humano é a substância física ou estrutura total e material de cada homem. Ele divide-se em cabeça, pescoço, tronco e membros. A anatomia humana estuda as grandes estruturas e sistemas do corpo humano.
19 Fisiológicas: Relativo à fisiologia. A fisiologia é estudo das funções e do funcionamento normal dos seres vivos, especialmente dos processos físico-químicos que ocorrem nas células, tecidos, órgãos e sistemas dos seres vivos sadios.
20 Degenerativas: Relativas a ou que provocam degeneração.
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