Eletrodo biodegradável e autoimplantável oferece monitoramento minimamente invasivo do sinal cerebral

Sensores que podem ser facilmente e seguramente introduzidos no cérebro podem ter aplicações médicas importantes e também podem contribuir para o desenvolvimento de dispositivos de interface cerebral. Embora progressos significativos tenham sido feitos em direção ao desenvolvimento desses sensores, a maioria dos dispositivos existentes só pode ser implantada por meio de procedimentos cirúrgicos invasivos que podem ter inúmeras complicações.

Pesquisadores da Universidade Nacional de Seul e outros institutos na Coreia do Sul criaram recentemente um novo eletrodo de tenda biodegradável e autodesdobrável que pode ser muito mais fácil de inserir na superfície do cérebro humano. O projeto de eletrodo proposto, descrito em Eletrônica da Naturezapode se degradar naturalmente dentro do corpo humano sem deixar resíduos, o que significa que, uma vez inserido no corpo, não precisa ser removido cirurgicamente.

“Nosso artigo recente nasceu de uma conscientização crescente sobre os desafios clínicos ligados à implantação de eletrodos por meio de cirurgia cerebral invasiva”, disse Seung-Kyun Kang, autor correspondente do artigo, ao Medical Xpress.

“Eletrodos convencionais de grande área exigem cirurgia extensa de remoção do crânio para implantar no cérebro, o que pode representar riscos significativos de complicações como sangramento, inchaço, vazamento de fluido cerebrospinal ou infecção. Após o uso, eletrodos restantes no cérebro podem desencadear reações imunológicas indesejadas ou infecções devido à formação de biofilme, exigindo uma cirurgia secundária para remoção.”

O eletrodo de tenda criado pela equipe é um dispositivo sensor com formato piramidal, normalmente usado para coletar gravações de eletroencefalografia (EEG) e outros dados neurofisiológicos.

“O eletrodo de tenda eletrônica que desenvolvemos pode ser implantado usando uma seringa de forma minimamente invasiva para medir sinais cerebrais e, então, pode ser solicitado a se dissolver e desaparecer dentro do corpo após o uso”, disse Kang. “Nossa tecnologia é particularmente promissora para diagnósticos precisos, como o diagnóstico de epilepsia, bem como próteses neurais e interfaces cérebro-computador (BCI) que exigem interface com várias regiões cerebrais.”

O eletrodo da equipe tem uma estrutura semelhante a uma tenda que pode ser facilmente embalada e desdobrada. O dispositivo é parcialmente feito de polímeros de memória de forma; materiais flexíveis que podem recuperar sua forma original após serem puxados ou espremidos em um invólucro estreito. Aproveitando as propriedades desses materiais, os eletrodos podem ser facilmente introduzidos em espaços confinados dentro da superfície do cérebro por meio de um pequeno orifício.

“Nós também integramos sensores eletrônicos inorgânicos biodegradáveis ​​com espessura nanométrica em uma tenda eletrônica para fornecer flexibilidade”, explicou Kang. “Devido à flexibilidade mecânica dos sensores, fomos capazes de entregar vários dispositivos eletrônicos sem danificar os sensores durante a injeção para medir vários sinais neurofisiológicos do cérebro.”

Testes iniciais avaliando o desempenho dos eletrodos de tenda da equipe mostraram que eles podem manter seu desempenho elétrico durante toda a sua vida útil e se decompor completamente após o uso sem deixar resíduos. Enquanto estão operando, os sensores podem registrar a atividade elétrica ao redor deles e transmitir os dados coletados para outros dispositivos.

Como são biodegradáveis ​​e não tóxicos, os novos sensores desenvolvidos por Kang e seus colegas não precisariam ser removidos após serem introduzidos dentro do corpo humano. Esse recurso é altamente atraente para uma ampla gama de aplicações do mundo real, variando da medicina de precisão ao desenvolvimento de interfaces cérebro-computador (BCIs) seguras.

“A tenda eletrônica pode ser usada para diagnosticar epilepsia, o que pode exigir mapeamento de grandes áreas para localizar áreas afetadas”, disse Jae-Young Bae, autor principal do artigo. “Geralmente, as crises epilépticas envolvem redes intrincadas de regiões cerebrais, frequentemente localizadas profundamente no cérebro. Inserir eletrodos nessas regiões profundas e múltiplas para localizar as origens das crises pode levar a danos consideráveis. Além disso, como as crises não são constantes, o monitoramento prolongado é frequentemente necessário.”

Os métodos existentes para diagnosticar epilepsia envolvem o mapeamento da atividade cerebral em períodos de tempo definidos, tipicamente em torno de duas semanas. Isso geralmente é feito usando eletrodos que podem capturar o que está acontecendo no cérebro, permitindo que os médicos localizem a origem das convulsões experimentadas pelos pacientes.

Uma vez que os médicos tenham conseguido diagnosticar a epilepsia ou identificado outras fontes de convulsões do paciente, eles podem começar a elaborar intervenções terapêuticas adequadas. Antes disso, no entanto, eles precisam remover cirurgicamente os eletrodos implantados do cérebro do paciente.

“Nossa tenda eletrônica biodegradável pode reduzir a carga cirúrgica associada à implantação de eletrodos de mapeamento de grande área e eliminar a necessidade de cirurgia de remoção secundária”, explicou Bae. “O eletrodo de tenda pode, portanto, oferecer uma solução diagnóstica minimamente invasiva em comparação aos métodos tradicionais que exigiam a remoção de crânio de grande área para inserção do eletrodo.”

Além de potencialmente facilitar o diagnóstico de epilepsia e outras condições relacionadas ao cérebro, os novos eletrodos de tenda poderiam ser usados ​​para desenvolver BCIs. Essas são interfaces emergentes que poderiam aprimorar as interações homem-máquina e auxiliar na reabilitação médica de pacientes.

“Por exemplo, a BCI pode auxiliar na recuperação motora de pacientes com AVC e controlar neuropróteses ou sistemas robóticos externos”, disse Bae. “A BCI de grande área é mais sensível e pode permitir o mapeamento abrangente de regiões cerebrais, permitindo uma localização mais precisa da atividade neural, auxiliando no estudo de funções cerebrais complexas e melhorando o direcionamento para intervenções terapêuticas. No entanto, a tecnologia BCI enfrenta desafios em riscos associados a procedimentos invasivos. Esperamos que o eletrodo de tenda possa minimizar o risco de uso na tecnologia BCI.”

Este trabalho recente de Kang e seus colegas pode em breve contribuir para o desenvolvimento de BCIs mais seguros e dispositivos implantáveis ​​para diagnosticar várias condições médicas. Como parte de seus próximos estudos, os pesquisadores também planejam explorar a possibilidade de usar vários materiais biodegradáveis ​​para fornecer intervenções terapêuticas direcionadas, como quimio e fototerapia.

“No futuro, também pretendemos colaborar com parceiros clínicos para testar nossa tecnologia de tenda eletrônica biodegradável em aplicações clínicas”, acrescentou Kang. “Isso nos permitirá executar testes de campo em ambientes médicos para avaliar o desempenho e o comportamento de degradação de nossa tecnologia fora dos ambientes laboratoriais. Em última análise, nosso objetivo é incorporar esses eletrônicos biodegradáveis ​​em dispositivos médicos, fornecendo soluções diagnósticas ou terapêuticas minimamente invasivas.”

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