Pesquisadores de Cambridge introduziram um dispositivo inovador capaz de envolver a medula espinhal para permitir monitoramento e estimulação detalhados, eliminando potencialmente a necessidade de cirurgias cerebrais arriscadas em tratamentos de lesões espinhais. Crédito: SciTechDaily.com
Um pequeno e flexível dispositivo eletrônico que envolve a medula espinhal pode representar uma nova abordagem para o tratamento de lesões na coluna, que podem causar incapacidade profunda e paralisia.
Uma equipe de engenheiros, neurocientistas e cirurgiões da Universidade de Cambridge desenvolveu os dispositivos e os usou para registrar os sinais nervosos que vão e voltam entre o cérebro e a medula espinhal. Ao contrário das abordagens actuais, os dispositivos Cambridge podem registar informações de 360 graus, dando uma imagem completa da actividade da medula espinal.
Melhorando o tratamento de lesões na coluna vertebral
Testes em modelos de animais vivos e cadáveres humanos mostraram que os dispositivos também poderiam estimular o movimento dos membros e contornar lesões completas da medula espinhal, onde a comunicação entre o cérebro e a medula espinhal foi completamente interrompida.
A maioria das abordagens atuais para o tratamento de lesões na coluna vertebral envolve a perfuração da medula espinhal com eletrodos e a colocação de implantes no cérebro, ambas cirurgias de alto risco. Os dispositivos desenvolvidos em Cambridge poderiam levar a tratamentos para lesões na coluna sem a necessidade de cirurgia cerebral, o que seria muito mais seguro para os pacientes.
Um novo dispositivo da Universidade de Cambridge oferece uma abordagem mais segura ao tratamento de lesões na coluna vertebral, envolvendo a medula espinhal para monitoramento abrangente, reduzindo potencialmente a necessidade de cirurgia cerebral. Crédito: Universidade de Cambridge
Benefícios e potencial de longo prazo
Embora esses tratamentos ainda demorem vários anos, os pesquisadores dizem que os dispositivos podem ser úteis no curto prazo para monitorar a atividade da medula espinhal durante a cirurgia. Uma melhor compreensão da medula espinhal, que é difícil de estudar, poderia levar a melhores tratamentos para uma série de condições, incluindo dor crónica, inflamação e hipertensão. Os resultados são divulgados hoje (8 de maio) na revista Avanços da Ciência.
“A medula espinhal é como uma rodovia, 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 espinhal fazem com que o trânsito seja interrompido, resultando em incapacidade profunda, incluindo perda irreversível de funções sensoriais e motoras.”
A capacidade de monitorar os sinais que vão de e para a medula espinhal poderia ajudar dramaticamente no desenvolvimento de tratamentos para lesões na coluna vertebral e também poderia ser útil no curto prazo para um melhor monitoramento da medula espinhal durante a cirurgia.
Tecnologias avançadas de monitoramento
“A maioria das tecnologias para monitorar ou estimular a medula espinhal interage apenas com neurônios motores ao longo da parte posterior, ou dorsal, da medula 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 coluna, então você obtém uma imagem incompleta”.
Inspirando-se na microeletrônica, os pesquisadores desenvolveram uma forma de obter informações de toda a coluna vertebral, envolvendo implantes muito finos e de alta resolução ao redor da circunferência da medula espinhal. Esta é a primeira vez que o registro seguro de 360 graus da medula espinhal é possível – abordagens anteriores para monitoramento de 360 graus usam eletrodos que perfuram a coluna, o que pode causar lesões na coluna.
Os dispositivos biocompatíveis desenvolvidos em 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 sinais que viajam nos axônios, ou fibras nervosas, da medula espinhal, permitindo que os sinais sejam registrados. A espessura dos aparelhos permite que eles registrem os sinais sem causar danos aos nervos, uma vez que não penetram na própria medula espinhal.
“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 coluna vertebral”, disse Malliaras. “Mas devido aos recentes avanços tanto na engenharia como na neurocirurgia, os planetas alinharam-se e fizemos grandes progressos nesta importante área.”
Implementação e Perspectivas Futuras
Os dispositivos foram implantados adaptando-se ao procedimento cirúrgico de rotina para que pudessem ser deslizados sob a medula espinhal 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 latência 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 lesões medulares serão tratadas no futuro. As tentativas atuais de tratar lesões na coluna vertebral envolvem implantes cerebrais e espinhais, mas os pesquisadores de Cambridge dizem que os implantes cerebrais podem não ser necessários.
“Se alguém sofre uma lesão na coluna, o cérebro 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 cérebro à cirurgia na coluna apenas aumenta o risco para o paciente. Podemos coletar todas as informações que precisamos da medula espinhal de uma forma muito menos invasiva, então esta seria uma abordagem muito mais segura para o tratamento de lesões na coluna vertebral.”
Embora o tratamento para lesões na coluna ainda esteja a anos de distância, num prazo mais curto, os dispositivos poderão ser úteis para investigadores e cirurgiões aprenderem mais sobre esta parte vital, mas pouco estudada, da anatomia humana de uma forma não invasiva. Os pesquisadores de Cambridge estão atualmente planejando usar os dispositivos para monitorar a atividade nervosa na medula espinhal durante a cirurgia.
“Tem sido quase impossível estudar toda a medula espinhal diretamente em um ser humano, porque é muito delicada e complexa”, disse Barone. “O monitoramento durante a cirurgia nos ajudará a compreender melhor a medula espinhal sem danificá-la, o que por sua vez nos ajudará a desenvolver melhores terapias para condições como dor crônica, hipertensão ou inflamação. Esta abordagem mostra um enorme potencial para ajudar os pacientes.”
Referência: “Bioeletrônica circunferencial flexível para permitir gravação e estimulação de 360 graus da medula espinhal” 8 de maio de 2024, Avanços da Ciência.
DOI: 10.1126/sciadv.adl1230
A pesquisa foi apoiada em parte pelo Royal College of Surgeons, o Academia de Ciências MédicasHealth Education England, o Instituto Nacional de Pesquisa em Saúde e o Conselho de Pesquisa em Engenharia e Ciências Físicas (EPSRC), parte da Pesquisa e Inovação do Reino Unido (UKRI).
