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

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.”

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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.

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