Prevenção de complicações de lesões cerebrais com fibras ópticas especializadas

A fibra óptica é um meio de transmissão de informações em velocidades incrivelmente altas. No entanto, a tecnologia pode ser usada para mais do que apenas fornecer uma conexão rápida à Internet.

Pesquisadores relatando em Sensores ACS desenvolveram um sistema de detecção de fibra óptica que pode ajudar os profissionais médicos a monitorar pacientes em busca de complicações após uma lesão cerebral traumática. A tecnologia rastreia seis biomarcadores simultaneamente, de forma contínua e automática para fornecer informações cruciais sobre a saúde do cérebro em testes de laboratório.

Após uma lesão cerebral traumática, como uma concussão, podem ocorrer danos secundários devido ao inchaço no cérebro. Os biomarcadores encontrados no sangue ou no líquido espinhal fornecem aos profissionais médicos informações sobre a saúde do cérebro; no entanto, muitos métodos atuais têm dificuldade em monitorar vários biomarcadores ao mesmo tempo.

Assim, Yuqian Zhang, Ali Yetisen e colegas queriam criar um sistema de fibra óptica que monitorasse simultaneamente seis biomarcadores principais da saúde cerebral: temperatura, pH e concentrações de oxigênio dissolvido, glicose, íons de sódio e íons de cálcio.

As fibras ópticas, semelhantes às maiores usadas no cabeamento subterrâneo de fibra óptica, são ideais para aplicações médicas devido ao seu pequeno tamanho e à sua capacidade de interagir com biomarcadores ou tecidos que absorvem luz em padrões mensuráveis.

Os pesquisadores equiparam seis fibras ópticas com pontas fluorescentes específicas para cada biomarcador. Um laser especial de múltiplos comprimentos de onda brilhou através das fibras e foi usado para monitorar os analitos. Quando um analito alvo interagiu com uma ponta fluorescente, a mudança no brilho foi registrada por um computador.

Em seguida, as seis fibras, juntamente com uma fibra extra para aumentar a medição do sinal de cálcio, foram incorporadas a um cateter de 2,5 milímetros de espessura para criar um sistema de detecção do líquido cefalorraquidiano. Algoritmos orientados por aprendizado de máquina desembaraçaram os sinais de fluorescência uns dos outros, proporcionando uma leitura fácil de cada biomarcador.

O sistema de detecção de cateter detectou com sucesso os seis biomarcadores em um experimento com cérebros de animais projetado para imitar as condições do cérebro humano após uma lesão traumática.

Em seguida, amostras de líquido cefalorraquidiano foram coletadas de participantes humanos saudáveis ​​e enriquecidas com os biomarcadores de interesse para a saúde cerebral. O sistema de detecção determinou com precisão o pH, a temperatura e o nível de oxigênio dissolvido nessas amostras e identificou alterações nas concentrações de íons e glicose.

Os pesquisadores dizem que este trabalho demonstra que seu sistema de fibra óptica pode detectar quando uma lesão secundária pode ser iminente e pode ajudar a monitorar complicações dessas lesões traumáticas em pacientes.