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Os engenheiros do MIT desenvolveram um fio robótico (em preto) que pode ser direcionado magneticamente e é pequeno o suficiente para trabalhar em espaços estreitos, como a vasculatura do cérebro humano. Os pesquisadores preveem que a tecnologia possa ser usada no futuro para eliminar os bloqueios em pacientes com derrame e aneurismas. |
Os engenheiros do MIT desenvolveram um robô de linha dirigível magneticamente que pode deslizar ativamente através de caminhos estreitos e sinuosos, como a vasculatura labirinto do cérebro.
No futuro, esse fio robótico pode ser emparelhado com tecnologias endovasculares existentes, permitindo que os médicos guiem remotamente o robô através dos vasos cerebrais do paciente para tratar rapidamente os bloqueios e lesões, como os que ocorrem em aneurismas e derrames.
"O AVC é a causa número cinco de morte e a principal causa de incapacidade nos Estados Unidos. Se o AVC agudo puder ser tratado nos primeiros 90 minutos, as taxas de sobrevivência dos pacientes poderão aumentar significativamente", diz Xuanhe Zhao, professor associado de engenharia mecânica e engenharia civil e ambiental no MIT. "Se pudéssemos projetar um dispositivo para reverter o bloqueio dos vasos sanguíneos dentro dessa 'hora de ouro', poderíamos potencialmente evitar danos cerebrais permanentes. Essa é a nossa esperança".
Zhao e sua equipe, incluindo o principal autor Yoonho Kim, um estudante de graduação do Departamento de Engenharia Mecânica do MIT, descrevem seu design robótico macio na revista Science Robotics . Os outros co-autores do artigo são o estudante de pós-graduação do MIT, o alemão Alberto Parada e o estudante visitante Shengduo Liu.
Em um ponto apertado
Para eliminar coágulos sanguíneos no cérebro, os médicos freqüentemente realizam um procedimento endovascular, uma cirurgia minimamente invasiva na qual um cirurgião insere um fio fino através da artéria principal do paciente, geralmente na perna ou na virilha. Guiado por um fluoroscópio que imagina simultaneamente os vasos sanguíneos usando raios-X, o cirurgião gira manualmente o fio para dentro do vaso cerebral danificado. Um cateter pode então ser enroscado ao longo do fio para fornecer drogas ou dispositivos de recuperação de coágulos para a região afetada.
Kim diz que o procedimento pode ser fisicamente desgastante, exigindo que os cirurgiões, que devem ser especificamente treinados na tarefa, suportem a exposição repetida à radiação da fluoroscopia.
"É uma habilidade exigente e simplesmente não há cirurgiões suficientes para os pacientes, especialmente em áreas suburbanas ou rurais", diz Kim.
Os fios-guia médicos usados nesses procedimentos são passivos, o que significa que devem ser manipulados manualmente e são tipicamente feitos de um núcleo de ligas metálicas revestidas com polímero, um material que Kim diz que poderia gerar atrito e danificar revestimentos do vaso se o fio ficasse temporariamente preso em um espaço particularmente apertado.
A equipe percebeu que os desenvolvimentos em seu laboratório poderiam ajudar a melhorar esses procedimentos endovasculares, tanto no projeto do fio-guia quanto na redução da exposição dos médicos a qualquer radiação associada.
Enfiando uma agulha
Nos últimos anos, a equipe adquiriu experiência em ambos os hidrogéis - materiais biocompatíveis feitos principalmente de água - e materiais de acionamento magnético impressos em 3D que podem ser projetados para engatinhar, pular e até pegar uma bola, simplesmente seguindo a direção de um ímã.
Neste novo trabalho, os pesquisadores combinaram seu trabalho em hidrogéis e em atuação magnética, para produzir um fio robótico revestido em hidrogel, orientável magneticamente, ou fio-guia, que eles conseguiram tornar fino o suficiente para guiar magneticamente através de uma réplica de silicone em tamanho real dos vasos sanguíneos do cérebro.
O núcleo do fio robótico é feito de liga de níquel-titânio, ou "nitinol", um material que é flexível . Ao contrário do convencional, que retinha sua forma quando curvado, um fio de nitinol retornaria à sua forma original, dando-lhe mais flexibilidade no enrolamento através de vasos apertados e tortuosos. A equipe revestiu o núcleo do fio em uma pasta de borracha, ou tinta, que eles embutiam com partículas magnéticas.
Finalmente, eles usaram um processo químico que desenvolveram anteriormente, para revestir e colar a cobertura magnética com hidrogel - um material que não afeta a capacidade de resposta das partículas magnéticas subjacentes e ainda fornece ao fio uma superfície biocompatível, suave e sem fricção .
Eles demonstraram a precisão e a ativação do fio robótico usando um imã grande, como as cordas de uma marionete, para guiar o fio através de um percurso de obstáculos de pequenos anéis, remanescente de um fio que atravessa o olho de uma agulha.
Os pesquisadores também testaram o fio em uma réplica de silicone em tamanho real dos principais vasos sanguíneos do cérebro, incluindo coágulos e aneurismas, modelados após as tomografias computadorizadas do cérebro de um paciente real. A equipe encheu os vasos de silicone com um líquido simulando a viscosidade do sangue e, em seguida, manipulou manualmente um grande ímã em torno do modelo para guiar o robô pelos caminhos estreitos e sinuosos dos vasos.
Kim diz que o fio robótico pode ser funcionalizado, o que significa que recursos podem ser adicionados - por exemplo, para fornecer medicamentos redutores de coágulos ou interromper bloqueios com luz laser. Para demonstrar o último, a equipe substituiu o núcleo de nitinol do fio por uma fibra óptica e descobriu que eles podiam dirigir magneticamente o robô e ativar o laser quando o robô atingisse uma região-alvo.
Quando os pesquisadores fizeram comparações entre o fio robótico revestido e não revestido com hidrogel, descobriram que o hidrogel dava uma vantagem muito necessária e escorregadia, permitindo que deslizasse por espaços mais apertados sem ficar preso. Em uma cirurgia endovascular, essa propriedade seria essencial para evitar atritos e lesões nos revestimentos dos vasos à medida que o fio passa.
E como esse novo fio robótico pode manter os cirurgiões livres de radiação? Kim diz que um fio-guia magneticamente orientável acaba com a necessidade de cirurgiões empurrarem fisicamente um fio através dos vasos sanguíneos de um paciente. Isso significa que os médicos também não precisariam estar muito próximos de um paciente e, mais importante, do fluoroscópio gerador de radiação.
Em um futuro próximo, ele prevê cirurgias endovasculares que incorporam tecnologias magnéticas existentes, como pares de imãs grandes, cujas direções os médicos podem manipular do lado de fora da sala de operações, longe do fluoroscópio .
"As plataformas existentes podem aplicar o campo magnético e realizar o procedimento de fluoroscopia ao mesmo tempo para o paciente, e o médico pode estar na outra sala, ou mesmo em uma cidade diferente, controlando o campo magnético com um joystick", diz Kim. "Nossa esperança é aproveitar as tecnologias existentes para testar nosso fio robótico in vivo na próxima etapa".
Esta pesquisa foi financiada, em parte, pelo Escritório de Pesquisa Naval, pelo Instituto MIT de Nanotecnologias de Soldados e pela National Science Foundation (NSF).
Vídeo:
Fonte da história:
Materiais fornecidos pelo Massachusetts Institute of Technology . Original escrito por Jennifer Chu. Nota: O conteúdo pode ser editado por estilo e tamanho.
