Réplica robótica simula batimento cardíaco
e bombeamento de sangue do coração
Investindo em soluções
tecnológicas para a saúde cardíaca, cientistas criaram uma réplica do coração
para simular o batimento e o bombeamento de sangue. A ideia é que o protótipo
seja referência para implantes cardíacos. Outra inovação, uma tecnologia
baseada em grafeno, consegue medir e regular a atividade do coração de forma
menos invasiva em comparação aos dispositivos atuais.
Publicado,
recentemente, na revista Nature Cardiovascular Research, o estudo de
pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), nos Estados
Unidos, desenvolveu a réplica robótica do ventrículo direito do coração que
imita o batimento e o bombeamento do sangue de corações vivos.
O protótipo combina
tecido cardíaco real com músculos artificiais sintéticos, feitos de elastômeros
de silicone. A equipe incorporou à réplica vários tubos longos, conectando-os a
um sistema de controle configurado para inflar e desinflar, imitando o ritmo e
movimentos cardíacos.
• Lacuna
Manisha Singh,
principal autora do estudo, relata que o objetivo da pesquisa era criar uma
tecnologia em resposta à lacuna existente em pesquisas com foco no átrio
direito, além de encontrar uma alternativa mais barata para testes in vivo.
"Nossa robótica
suave fornece uma configuração controlada e reprodutível de alta fidelidade
para testes iniciais, replicando o ventrículo direito para testar tratamentos
correspondentes e reduzir a necessidade de modelos animais", ilustra Singh.
Segundo ela, o modelo
criado pela equipe poderá aprimorar e melhorar o desenvolvimento de
dispositivos cardíacos. "Esta abordagem alinha-se com o objetivo de
melhorar e aprimorar os sistemas cardíacos existentes, levando a intervenções
mais eficazes e seguras para os seres humanos", enfatiza a pesquisadora.
Para testar a
capacidade de bombeamento do protótipo, a equipe infundiu no modelo um líquido
transparente com viscosidade semelhante ao sangue. Os resultados mostraram que
o ventrículo artificial, o bombeamento e a função das estruturas internas eram
semelhantes aos observados, anteriormente, em animais vivos e saudáveis.
Segundo os autores, isso demonstra que o modelo é capaz de simular, de forma
realista, a ação e a anatomia do ventrículo direito.
• Avaliação
Na avaliação de
Douglas Antunes Moreno, cardiologista da Unimed Franca, em São Paulo, o recurso
de simulação de alta fidelidade da plataforma tem potencial para auxiliar o
desenvolvimento de intervenções e ferramentas para tratamento da disfunção do
ventrículo direito.
"A esperança é
que, no futuro, essa tecnologia possa servir para avançar mais ainda na
compreensão da fisiopatologia subjacente de casos de insuficiência cardíaca do
lado direito do coração. E tem potencial, quem sabe no futuro, de
reaproveitamento dessa tecnologia para a confecção de um coração totalmente
artificial robótico", afirma Moreno.
Apesar dos resultados
bem-sucedidos, Ellen Roche, coautora do estudo, avalia que a limitação atual da
pesquisa é o teste de fadiga a longo prazo do miocárdio robótico mole.
"Embora tenham sido realizados testes empíricos para mais de 10 mil ciclos
de atuação, a durabilidade a longo prazo ainda precisa ser avaliada
minuciosamente", enfatiza.
A equipe trabalha para
ampliar o desempenho da tecnologia e permitir que o modelo funcione
continuamente por períodos mais longos. "Uma direção futura do estudo
prevê a simulação dos ventrículos esquerdo e direito dentro de um modelo
robótico in vitro para permitir a imitação detalhada das patologias cardíacas
de ambos os lados e seus respectivos tratamentos", detalha Singh.
• Marcapasso moderno
Na busca por
alternativas para tratamento de doenças cardíacas, cientistas da Northwestern
University e da University of Texas at Austin (UT), ambas dos Estados Unidos,
desenvolveram uma tecnologia transparente e vestível de grafeno capaz de medir
batimentos cardíacos irregulares e corrigi-los com estimulação elétrica. Nos
testes, a solução tecnológica ficou estável por 60 dias em um coração batendo
ativamente na temperatura corporal. Segundo os autores, o desempenho é
comparável à duração de marcapassos temporários.
Semelhante à tatuagem
temporária, a graphene electronic tattoo (GET) — tatuagem eletrônica de
grafeno, em tradução livre — é dez mil vezes mais fina que um fio de cabelo
humano. Para construí-la, os pesquisadores encapsularam o grafeno em uma
membrana de silicone, flexível e elástica. Em seguida, colocaram uma camada
ultrafina de ouro para servir de interconexão elétrica entre o grafeno e os
componentes eletrônicos externos usados para medir e estimular o coração.
Dmitry Kireev,
coautor, explica que, por ser constituída por carbono, a tecnologia é
ultrarresistente, leve, condutiva e maleável ao formato da superfície do órgão,
em relação aos componentes de metal frequentemente usados em marcapassos e
desfibriladores. "Outra vantagem do grafeno em contraste com os eletrodos
metálicos é que eles não corroem, não são magnéticos e são 'transparentes' aos
raios X e outros campos eletromagnéticos, o que significa que serão mais
seguros para uso diário", enfatiza.
Segundo o cientista,
um dos desafios dos aparelhos cardíacos implantáveis atuais é a difícil fixação
na superfície sensível do coração. Marcapassos de última geração utilizam
eletrodos de fio semirrígido, que não são propriamente adequados ao tecido biológico
e podem causar várias complicações. "Eventualmente, os dispositivos
quebram ou causam uma resposta inflamatória, reduzindo a vida útil desses
implantes", afirma Kireev.
Os pesquisadores
implantaram a tecnologia no coração de camundongos machos e fêmeas entre 15 e
25 semanas de idade que apresentavam arritmia cardíaca. Os resultados,
descritos na revista Advanced Materials mostram que, após medir a atividade
cardíaca dos modelos animais, a GET forneceu sinais elétricos para tratar e
corrigir anormalidades, como batimentos irregulares.
"Os resultados
demonstram que somos capazes de detectar rapidamente o problema e, a longo
prazo, desenvolver soluções de circuito fechado em que são produzidos sinais de
estimulação para tratar as anomalias sem controle externo", avalia Kireev.
Os cientistas trabalham para tornar os implantes autoconscientes, ou seja, que
não precisam de controle externo. Assim, poderão detectar anormalidades,
decidir a solução do problema e estimular o coração sempre que necessário.
"Esperamos criar sistemas sem fio que diminuam a necessidade de longas
interconexões", aposta Kireev.
• Monitoramento cardíaco não invasivo
Pesquisadores da
University of Texas at Austin (UT) aprimoraram um adesivo flexível e portátil,
que se conecta ao peito do paciente para monitoramento cardíaco contínuo e
móvel fora de um consultório. O objetivo é que a tecnologia, no futuro, forneça
uma melhor chance de detecção precoce de sinais de doenças no órgão.
Com apenas 2,5 gramas,
a e-tatuagem, sem fio e autoadesiva, inclui dois sensores para detectar sinais
cardíacos bioelétricos e é conectada a um aplicativo de celular para leitura
dos dados coletados. O dispositivo funciona com uma bateria do tamanho de uma
moeda de um centavo, com vida útil de mais de 40 horas e que pode ser
facilmente trocada pelo usuário.
A tecnologia combina
dois métodos de medição dos batimentos cardíacos: o eletrocardiograma (ECG),
que mede o sinal elétrico do órgão, e a sismocardiografia (SCG), que mede o
sinal acústico das válvulas cardíacas.
"Criamos uma
e-tatuagem de peito vestível que poderia medir simultânea e sincronizadamente o
ECG e o SCG para criar uma imagem mais abrangente do coração de maneira não
invasiva. Os dados podem ser exibidos em tempo real e baixados para análise
detalhada", explica Nanshu Lu, principal autora do estudo.
• Aprovação
O dispositivo foi
testado em cinco pacientes saudáveis em seus ambientes diários. Os resultados,
publicados na revista Advanced Electronic Materials, mostram que a e-tatuagem
apresentou uma baixa taxa de erro nas medições cardíacas em relação às opções de
monitoramento atualmente disponíveis.
Segundo os autores, o
trabalho demonstra que a e-tatuagem tem potencial como ferramenta de
monitoramento cardiovascular ambulatorial de nível médico e de longo prazo.
"Dispositivos vestíveis não invasivos e mais abrangentes podem permitir o
monitoramento cardíaco em casa, ambulatorial, contínuo e de longo prazo, o que
pode reduzir a duração e o custo da hospitalização e melhorar a qualidade de
vida do paciente", enfatiza Lu.
O próximo passo do
estudo envolve novos testes para validação dos resultados iniciais. A ideia é
que a solução tecnológica seja utilizada em diferentes tipos de pacientes com
alto risco de doenças cardiovasculares após cirurgia cardíaca.
Fonte: Correio
Braziliense
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