Os engenheiros do MIT desenvolveram um roba´ magneticamente orienta¡vel, semelhante a um fio, que pode deslizar ativamente por caminhos estreitos e sinuosos, como a vasculatura labira­ntica do cérebro.

No futuro, esse fio roba³tico podera¡ ser emparelhado com as tecnologias endovasculares existentes, permitindo que os médicos guiem remotamente o roba´ pelos vasos cerebrais de um paciente para tratar rapidamente bloqueios e lesões, como aquelas que ocorrem em aneurismas e derrames.

“O AVC éa 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 sobrevivaªncia dos pacientes podera£o aumentar significativamente ”, diz Xuanhe Zhao, professor associado de engenharia meca¢nica e engenharia civil e ambiental do MIT. “Se pudanãssemos projetar um dispositivo para reverter o bloqueio dos vasos sangua­neos dentro desta 'hora de ouro', podera­amos potencialmente evitar danos cerebrais permanentes. Essa éa nossa esperana§a.

Zhao e sua equipe, incluindo o autor principal Yoonho Kim, um estudante de graduação do Departamento de Engenharia Meca¢nica do MIT, descrevem seu design roba³tico suave hoje na revista Science Robotics. Os outros co-autores do artigo são o estudante de graduação do MIT alema£o Alberto Parada e o estudante visitante Shengduo Liu.

Para limpar coa¡gulos sangua­neos no cérebro, os médicos geralmente realizam um procedimento endovascular, uma cirurgia minimamente invasiva na qual um cirurgia£o insere um fio fino atravanãs da artanãria principal do paciente, geralmente na perna ou virilha. Guiado por um fluorosca³pio que imagina simultaneamente os vasos sangua­neos usando raios-X, o cirurgia£o gira manualmente o fio para dentro do vaso cerebral danificado. Um cateter pode então ser enfiado ao longo do fio para fornecer drogas ou dispositivos de recuperação de coa¡gulos para a regia£o afetada.

Kim diz que o procedimento pode ser fisicamente desgastante, exigindo que os cirurgiaµes, que precisam ser treinados especificamente na tarefa, suportem a exposição repetida a  radiação pela fluoroscopia.

"a‰ uma habilidade exigente e simplesmente não hácirurgiaµes suficientes para os pacientes, especialmente em áreas suburbanas ou rurais", diz Kim.

Os fios-guia médicos usados ​​em tais procedimentos são passivos, o que significa que devem ser manipulados manualmente e geralmente são feitos de um núcleo de ligas meta¡licas revestidas em pola­mero, um material que Kim diz que poderia gerar atrito e danificar os revestimentos dos vasos se o fio fique preso temporariamente em um espaço particularmente apertado.

A equipe percebeu que os desenvolvimentos em seu laboratório poderiam ajudar a melhorar esses procedimentos endovasculares, tanto no design do fio-guia quanto na redução da exposição dos médicos a qualquer radiação associada.

Nos últimos anos, a equipe acumulou experiência em ambos os hidroganãis - materiais biocompata­veis feitos principalmente de água- e materiais de acionamento magnético impressos em 3D que podem ser projetados para engatinhar, pular e atépegar uma bola, simplesmente por seguindo a direção de um a­ma£.

Neste novo artigo, os pesquisadores combinaram seu trabalho em hidroganãis e em atuação magnanãtica, para produzir um fio roba³tico orienta¡vel magneticamente, revestido a hidrogel, ou fio-guia, que eles foram capazes de tornar finos o suficiente para guiar magneticamente atravanãs de uma ranãplica de silicone em tamanho real dos vasos sangua­neos do cérebro.

O núcleo do fio roba³tico éfeito de liga de na­quel-tita¢nio, ou "nitinol", um material que éflexa­vel e flexa­vel. Ao contra¡rio de um cabide, que manteria sua forma quando dobrado, um fio de nitinol retornaria a  sua forma original, dando-lhe mais flexibilidade para enrolar atravanãs de vasos tortuosos e apertados. A equipe revestiu o núcleo do fio em uma pasta de borracha, ou tinta, que eles incorporaram compartículas magnanãticas.

Finalmente, eles usaram um processo qua­mico que desenvolveram anteriormente, para revestir e colar a cobertura magnanãtica com hidrogel - um material que não afeta a capacidade de resposta daspartículas magnanãticas subjacentes e ainda fornece ao fio umasuperfÍcie biocompata­vel, suave e sem fricção.

Eles demonstraram a precisão e a ativação do fio roba³tico usando um ima£ grande, como as cordas de uma marionete, para guiar o fio atravanãs de um percurso de obsta¡culos de pequenos ananãis, remanescente de um fio que atravessa o olho de uma agulha.

Os pesquisadores também testaram o fio em uma ranãplica de silicone em tamanho real dos principais vasos sangua­neos do cérebro, incluindo coa¡gulos e aneurismas, modelados após as tomografias computadorizadas do cérebro de um paciente real. A equipe encheu os vasos de silicone com um la­quido simulando a viscosidade do sangue e, em seguida, manipulou manualmente um grande a­ma£ em torno do modelo para guiar o roba´ pelos caminhos estreitos e sinuosos dos vasos.

Kim diz que o fio roba³tico pode ser funcionalizado, o que significa que recursos podem ser adicionados - por exemplo, para fornecer medicamentos redutores de coa¡gulos ou interromper bloqueios com luz laser. Para demonstrar o último, a equipe substituiu o núcleo de nitinol do fio por uma fibra a³ptica e descobriu que eles podiam dirigir magneticamente o roba´ e ativar o laser quando o roba´ atingisse uma regia£o-alvo.

Quando os pesquisadores fizeram comparações entre o fio roba³tico revestido e não revestido com hidrogel, descobriram que o hidrogel dava uma vantagem muito necessa¡ria 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 a  medida que o fio passa.

"Um dos desafios da cirurgia éser capaz de navegar atravanãs de vasos sangua­neos complicados no cérebro, com um dia¢metro muito pequeno, onde os cateteres comerciais não conseguem alcana§ar", diz Kyujin Cho, professor de engenharia meca¢nica da Universidade Nacional de Seul. . "Esta pesquisa mostrou potencial para superar esse desafio e permitir procedimentos ciraºrgicos no cérebro sem cirurgia aberta".

E como esse novo fio roba³tico pode manter os cirurgiaµes livres de radiação? Kim diz que um fio-guia magneticamente orienta¡vel acaba com a necessidade de cirurgiaµes empurrarem fisicamente um fio atravanãs dos vasos sangua­neos de um paciente. Isso significa que os médicos também não precisariam estar muito pra³ximos de um paciente e, mais importante, do fluorosca³pio gerador de radiação.

Em um futuro pra³ximo, ele prevaª cirurgias endovasculares que incorporam tecnologias magnanãticas existentes, como pares de ima£s grandes, cujas direções os médicos podem manipular do lado de fora da sala de operações, longe do fluorosca³pio que imagina o cérebro do paciente ou atémesmo local diferente.

“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 esperana§a éaproveitar as tecnologias existentes para testar nosso fio roba³tico in vivo na próxima etapa".

Esta pesquisa foi financiada, em parte, pelo Escrita³rio de Pesquisa Naval, pelo Instituto MIT de Nanotecnologias de Soldados e pela National Science Foundation (NSF).