Os engenheiros da Rice University desenvolveram o primeiro estimulador cerebral miniaturizado que funciona em um paciente humano. Crédito: Jeff Fitlow/Rice University
Um pequeno implante craniano posicionou o laboratório Rice como líder em pesquisa em neurotecnologia.
Os engenheiros da Rice University desenvolveram o menor estimulador cerebral implantável demonstrado em um paciente humano. Graças à tecnologia pioneira de transferência de energia magnetoelétrica, o dispositivo do tamanho de uma ervilha desenvolvido no laboratório Rice de Jacob Robinson em colaboração com a Motif Neurotech e os médicos Dr. cérebro através da dura-máter – a membrana protetora fixada na parte inferior do crânio.
O dispositivo, conhecido como Terapêutico Sobre-cérebro Digitalmente Programável (DOT), pode revolucionar o tratamento para depressão resistente a medicamentos e outros distúrbios psiquiátricos ou neurológicos, fornecendo uma alternativa terapêutica que oferece maior autonomia e acessibilidade ao paciente do que as atuais terapias baseadas em neuroestimulação e é menos invasivo do que outras interfaces cérebro-computador (BCIs).
Avanços tecnológicos e resultados de pesquisas
“Neste artigo, mostramos que nosso dispositivo, do tamanho de uma ervilha, pode ativar o córtex motor, o que faz com que o paciente mova a mão”, disse Robinson, professor de engenharia elétrica e de computação e de bioengenharia na Rice. “No futuro, poderemos colocar o implante acima de outras partes do cérebro, como o córtex pré-frontal, onde esperamos melhorar o funcionamento executivo em pessoas com depressão ou outros distúrbios.”
As tecnologias implantáveis existentes para estimulação cerebral são alimentadas por baterias relativamente grandes que precisam ser colocadas sob a pele em outras partes do corpo e conectadas ao dispositivo estimulador através de fios longos. Tais limitações de projeto exigem mais cirurgia e sujeitam o indivíduo a uma carga maior de implantação de hardware, riscos de quebra ou falha do fio e à necessidade de futuras cirurgias de substituição de bateria.
Jacob Robinson, da Rice University, e sua equipe de pesquisadores desenvolveram o menor estimulador cerebral implantável demonstrado em um paciente humano que poderia revolucionar o tratamento para depressão resistente a medicamentos e outros distúrbios psiquiátricos ou neurológicos. Crédito: Jeff Fitlow/Rice University
“Eliminamos a necessidade de bateria ao alimentar o dispositivo sem fio usando um transmissor externo”, explicou Joshua Woods, estudante de graduação em engenharia elétrica no laboratório Robinson e autor principal do estudo publicado em Avanços da Ciência. Amanda Singer, ex-aluna de pós-graduação do programa de física aplicada de Rice que agora está na Motif Neurotech, também é autora principal.
A tecnologia depende de um material que converte campos magnéticos em pulsos elétricos. Este processo de conversão é muito eficiente em pequenas escalas e possui boa tolerância ao desalinhamento, o que significa que não requer manobras complexas ou minuciosas para ser ativado e controlado. O dispositivo tem largura de 9 milímetros e pode fornecer 14,5 volts de estimulação.
“Nosso implante obtém toda a sua energia por meio desse efeito magnetoelétrico”, disse Robinson, fundador e CEO da Motif, uma startup formada por meio da Rice Biotech Launch Pad que está trabalhando para levar o dispositivo ao mercado.”
A Motif é uma das várias empresas de neurotecnologia que estão investigando o potencial dos BCIs para revolucionar os tratamentos para distúrbios neurológicos.
“A neuroestimulação é fundamental para permitir terapias no espaço da saúde mental, onde os efeitos secundários dos medicamentos e a falta de eficácia deixam muitas pessoas sem opções de tratamento adequadas”, disse Robinson.
Testes clínicos e direções futuras
Os pesquisadores testaram o dispositivo temporariamente em um paciente humano, usando-o para estimular o córtex motor – a parte do cérebro responsável pelo movimento – e gerando uma resposta de movimento da mão. Em seguida, eles mostraram que o dispositivo interage com o cérebro de forma estável por um período de 30 dias em porcos.
“Isso não foi feito antes porque a qualidade e a força do sinal necessário para estimular o cérebro através da dura-máter eram anteriormente impossíveis com a transferência de energia sem fio para implantes tão pequenos”, disse Woods.
Robinson imagina a tecnologia sendo usada no conforto da casa. Um médico prescreveria o tratamento e forneceria orientações para o uso do dispositivo, mas os pacientes manteriam o controle total sobre como o tratamento é administrado.
“Em casa, o paciente colocava o chapéu ou wearable para ligar e se comunicar com o implante, apertava ‘go’ no iPhone ou no smartwatch e, em seguida, a estimulação elétrica desse implante ativaria uma rede neuronal dentro do cérebro”, Robinson disse.
A implantação exigiria um procedimento minimamente invasivo de 30 minutos que colocaria o dispositivo no osso sobre o cérebro. Tanto o implante quanto a incisão ficariam praticamente invisíveis e o paciente voltaria para casa no mesmo dia.
Joshua Woods (da esquerda), Jacob Robinson e Fatima Alrashdan. Crédito: Jeff Fitlow/Rice University
“Quando você pensa em um marca-passo, ele é uma parte muito rotineira do cuidado cardíaco”, disse Sheth, professor e vice-presidente de pesquisa do McNair Scholar e presidente dotado de neurocirurgia da Fundação Cullen no Baylor College of Medicine. “Em distúrbios neurológicos e psiquiátricos, o equivalente é a estimulação cerebral profunda (ECP), que parece assustadora e invasiva. Na verdade, a DBS é um procedimento bastante seguro, mas ainda é uma cirurgia cerebral, e seu risco percebido colocará um limite muito baixo no número de pessoas que estão dispostas a aceitá-la e podem se beneficiar dela. É aqui que entram tecnologias como essa. Um procedimento menor de 30 minutos, que é pouco mais que uma cirurgia de pele, realizado em um centro cirúrgico ambulatorial, tem muito mais probabilidade de ser tolerado do que DBS. Portanto, se pudermos mostrar que é tão eficaz quanto alternativas mais invasivas, esta terapia provavelmente terá um impacto muito maior na saúde mental”.
Para algumas condições, como a epilepsia, por exemplo, o dispositivo pode necessitar de estar ligado permanentemente ou a maior parte do tempo, mas para perturbações como a depressão e o TOC, um regime de apenas alguns minutos de estimulação por dia pode ser suficiente para provocar as alterações desejadas. no funcionamento da rede neuronal alvo.
Em termos dos próximos passos, Robinson disse que, do lado da investigação, está “realmente interessado na ideia de criar redes de implantes e criar implantes que possam estimular e registar, para que possam fornecer terapias adaptativas personalizadas baseadas no seu próprio cérebro”. assinaturas.” Do ponto de vista do desenvolvimento terapêutico, a Motif Neurotech está buscando a aprovação da FDA para um ensaio clínico de longo prazo em humanos. Pacientes e cuidadores podem se inscrever no Site da Motif Neurotech para saber quando e onde essas provações começarão.
Referência: “Estimuladores corticais epidurais em miniatura sem bateria” por Joshua E. Woods, Amanda L. Singer, Fatima Alrashdan, Wendy Tan, Chunfeng Tan, Sunil A. Sheth, Sameer A. Sheth e Jacob T. Robinson, 12 de abril de 2024, Avanços da Ciência.
DOI: 10.1126/sciadv.adn0858
O trabalho foi apoiado em parte pela Fundação Robert e Janice McNair, pelo McNair Medical Institute, DARPA e a Fundação Nacional de Ciência.
