Palavra de Sá

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