Um estudo inovador permitiu o uso de microbolhas guiadas por ultrassom para navegar pelos vasos sanguíneos do cérebro. Este método promete uma abordagem mais direcionada e menos invasiva para o tratamento de doenças relacionadas ao cérebro, incluindo tumores e distúrbios psicológicos, com potencial para reduzir os efeitos colaterais dos medicamentos. Crédito: SciTechDaily.com
Pesquisadores da ETH Zurich demonstraram pela primeira vez que microveículos podem ser conduzidos através de vasos sanguíneos no cérebro de camundongos usando ultrassom. Eles esperam que isso eventualmente leve a tratamentos capazes de administrar medicamentos com grande precisão.
- Uma tecnologia desenvolvida na ETH Zurique nos últimos anos para controlar microveículos por meio de ultrassom também funciona no cérebro, como os pesquisadores puderam agora demonstrar.
- Esses microveículos são bolhas de gás inofensivas e se dissolvem assim que seu trabalho é concluído.
- No futuro, esses microveículos poderão ser equipados com medicamentos e distribuí-los em pontos específicos do cérebro. Isto pode aumentar a eficácia dos medicamentos e reduzir os seus efeitos secundários.
Tumores cerebrais, hemorragias cerebrais e condições neurológicas e psicológicas costumam ser difíceis de tratar com medicamentos. E mesmo quando estão disponíveis medicamentos eficazes, estes tendem a ter efeitos secundários graves porque circulam por todo o cérebro e não apenas pela área que pretendem tratar. À luz desta situação, os investigadores têm grandes esperanças de um dia serem capazes de fornecer uma abordagem mais direcionada que entregue medicamentos em locais definidos de forma muito específica. Para este fim, estão desenvolvendo minitransportadores que podem ser guiados através do denso labirinto de vasos sanguíneos.
Pesquisadores da ETH Zurique, da Universidade de Zurique e do Hospital Universitário de Zurique conseguiram agora, pela primeira vez, guiar microveículos através dos vasos sanguíneos do cérebro de um animal usando ultrassom.
O suprimento de sangue no cérebro é complicado e guiar os microveículos pela corrente sanguínea é uma tarefa complexa. Crédito: Biblioteca de Fotos Científicas / Francis Leroy
Ultrassom em vez de magnetismo
Em comparação com tecnologias de navegação alternativas, como as baseadas em campos magnéticos, o ultrassom oferece alguns benefícios. Daniel Ahmed, professor de Robótica Acústica na ETH Zurique e supervisor do estudo, explica: “Além de ser amplamente utilizado na área médica, o ultrassom é seguro e penetra profundamente no corpo”.
Para o seu microveículo, Ahmed e seus colegas usaram microbolhas cheias de gás revestidas de lipídios – as mesmas substâncias de que são feitas as membranas celulares biológicas. As bolhas têm diâmetro de 1,5 micrômetros e atualmente são usadas como material de contraste em imagens de ultrassom.
Vantagens das microbolhas guiadas por ultrassom
Como os investigadores demonstraram agora, estas microbolhas podem ser guiadas através dos vasos sanguíneos. “Uma vez que estas bolhas, ou vesículas, já estão aprovadas para utilização em seres humanos, é provável que a nossa tecnologia seja aprovada e utilizada em tratamentos para seres humanos mais rapidamente do que outros tipos de microveículos atualmente em desenvolvimento”, diz Ahmed. Foi-lhe atribuída uma bolsa inicial do Conselho Europeu de Investigação ERC em 2019 pelo seu projeto de investigação e desenvolvimento desta tecnologia.
Vasos sanguíneos no cérebro com aglomerados de microveículos em laranja (imagem de microscopia). Crédito:: Del Campo Fonseca et al., Nature Communications 2023, editado pela ETH Zurich
Outro benefício das microbolhas guiadas por ultrassom é que elas se dissolvem no corpo depois de realizarem seu trabalho. Ao usar outra abordagem, os campos magnéticos, os microveículos têm que ser magnéticos, e não é fácil desenvolver microveículos biodegradáveis. Além disso, as microbolhas desenvolvidas pelos pesquisadores da ETH Zurich são pequenas e lisas. “Isso torna mais fácil guiá-los ao longo de capilares estreitos”, diz Alexia Del Campo Fonseca, estudante de doutorado no grupo de Ahmed e principal autora do estudo.
Indo contra o fluxo
Nos últimos anos, Ahmed e seu grupo têm trabalhado em laboratório para desenvolver seu método para guiar microbolhas através de vasos estreitos. Agora, em colaboração com investigadores da Universidade de Zurique e do Hospital Universitário de Zurique, testaram este método em vasos sanguíneos no cérebro de ratos. Os pesquisadores injetaram as bolhas no sistema circulatório dos roedores, onde são levadas pela corrente sanguínea sem qualquer ajuda externa. No entanto, os pesquisadores conseguiram usar o ultrassom para manter as vesículas no lugar e guiá-las através dos vasos cerebrais na direção contrária ao fluxo sanguíneo. Os pesquisadores conseguiram até mesmo guiar as bolhas através de vasos sanguíneos complicados ou fazer com que mudassem de direção várias vezes, a fim de direcioná-las para os ramos mais estreitos da corrente sanguínea.
Para controlar os movimentos dos microveículos, os pesquisadores também anexaram quatro pequenos transdutores na parte externa do crânio de cada rato. Esses dispositivos geram vibrações na faixa ultrassônica, que se espalham pelo cérebro na forma de ondas. Em certos pontos do cérebro, as ondas emitidas por dois ou mais transdutores podem amplificar-se ou anular-se mutuamente. Os pesquisadores guiam as bolhas usando um método sofisticado de ajuste da saída de cada transdutor individual. Imagens em tempo real mostram em que direção as bolhas estão se movendo.
Planos futuros
Para criar a imagem para este estudo, os pesquisadores usaram doisfóton microscopia. No futuro, eles também querem usar o próprio ultrassom para geração de imagens e planejam aprimorar a tecnologia de ultrassom para essa finalidade.
Neste estudo, as microbolhas não foram equipadas com medicamentos. Os pesquisadores queriam primeiro mostrar que poderiam guiar os microveículos ao longo dos vasos sanguíneos e que esta tecnologia é adequada para uso no cérebro. É aí que existem aplicações médicas promissoras, inclusive no tratamento de câncer, acidente vascular cerebral e condições psicológicas. O próximo passo dos pesquisadores será fixar as moléculas do medicamento na parte externa do invólucro da bolha para transporte. Eles querem aprimorar todo o método até o ponto em que possa ser usado em humanos, esperando que um dia ele forneça a base para o desenvolvimento de novos tratamentos.
Referência: “Ultrasound trapping and navigation of microrobots in the mouse brain vasculature” por Alexia Del Campo Fonseca, Chaim Glück, Jeanne Droux, Yann Ferry, Carole Frei, Susanne Wegener, Bruno Weber, Mohamad El Amki e Daniel Ahmed, 21 de setembro de 2023, Comunicações da Natureza.
DOI: 10.1038/s41467-023-41557-3