Fio robótico é projetado para deslizar pelos vasos sanguíneos do cérebro

Fonte: MIT

Os engenheiros do MIT (Instituto de Tecnologia de Massachusetts) desenvolveram um robô magneticamente orientável, semelhante a um fio, que pode deslizar ativamente por caminhos estreitos e sinuosos, como a vasculatura labiríntica do cérebro.

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

“ Se o AVC agudo puder ser tratado nos primeiros 90 minutos, as taxas de sobrevivência dos pacientes poderão aumentar significativamente ”, diz Xuanhe Zhao, professor associado de engenharia mecânica e engenharia civil e ambiental do MIT. “Se pudéssemos projetar um dispositivo para reverter o bloqueio dos vasos sanguíneos dentro desta ‘hora de ouro’, poderíamos potencialmente evitar danos cerebrais permanentes. Essa é a nossa esperança.

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

Em um local apertado

Para limpar coágulos sanguíneos no cérebro, os médicos geralmente realizam um procedimento endovascular, uma cirurgia minimamente invasiva na qual um cirurgião insere um fio fino através da artéria principal do paciente, geralmente na perna ou virilha. Guiado por um fluoroscópio que imagina simultaneamente os vasos sanguíneos usando raios-X, o cirurgião 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 coágulos para a região afetada.

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

“É uma habilidade exigente e simplesmente não há cirurgiões 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 metálicas revestidas em polímero, um material que Kim diz que poderia gerar atrito e danificar os revestimentos dos vasos se o fio ficar 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.

Enfiando uma agulha

Nos últimos anos, a equipe acumulou experiência em ambos os hidrogéis – materiais biocompatíveis feitos principalmente de água – e materiais de acionamento magnético impressos em 3D que podem ser projetados para engatinhar, pular e até pegar uma bola, simplesmente por seguindo a direção de um ímã.

Neste novo artigo, os pesquisadores combinaram seu trabalho em hidrogéis e em atuação magnética, para produzir um fio robótico orientável magneticamente, revestido a hidrogel, ou fio-guia, que eles foram capazes de tornar finos o suficiente para guiar magneticamente através de uma réplica de silicone em tamanho real dos vasos sanguíneos do cérebro.

O núcleo do fio robótico é feito de liga de níquel-titânio, ou “nitinol”, um material que é flexível. Ao contrário de um cabide, que manteria sua forma quando dobrado, um fio de nitinol retornaria à sua forma original, dando-lhe mais flexibilidade no enrolamento através de vasos tortuosos e apertados. A equipe revestiu o núcleo do fio em uma pasta de borracha, ou tinta, que eles incorporaram com partículas magnéticas.

Finalmente, eles usaram um processo químico que desenvolveram anteriormente, para revestir e colar a cobertura magnética com hidrogel – um material que não afeta a capacidade de resposta das partículas magnéticas subjacentes e ainda fornece ao fio uma superfície biocompatível, suave e sem fricção.

Eles demonstraram a precisão e a ativação do fio robótico usando um imã grande, como as cordas de uma marionete, para guiar o fio através de um percurso de obstáculos de pequenos anéis, remanescente de um fio que atravessa o olho de uma agulha.

Os pesquisadores também testaram o fio em uma réplica de silicone em tamanho real dos principais vasos sanguíneos do cérebro, incluindo coágulos e aneurismas, modelados após as tomografias computadorizadas do cérebro de um paciente real. A equipe encheu os vasos de silicone com um líquido simulando a viscosidade do sangue e, em seguida, manipulou manualmente um grande ímã em torno do modelo para guiar o robô pelos caminhos estreitos e sinuosos dos vasos.

Kim diz que o fio robótico pode ser funcionalizado, o que significa que recursos podem ser adicionados – por exemplo, para fornecer medicamentos redutores de coágulos ou interromper bloqueios com luz laser. Para demonstrar o último, a equipe substituiu o núcleo de nitinol do fio por uma fibra óptica e descobriu que eles podiam dirigir magneticamente o robô e ativar o laser quando o robô atingisse uma região-alvo.

Quando os pesquisadores fizeram comparações entre o fio robótico revestido e não revestido com hidrogel, descobriram que o hidrogel dava uma vantagem muito necessária 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 à medida que o fio passa.

E como esse novo fio robótico pode manter os cirurgiões livres de radiação? Kim diz que um fio-guia magneticamente orientável acaba com a necessidade de cirurgiões empurrarem fisicamente um fio através dos vasos sanguíneos de um paciente. Isso significa que os médicos também não precisariam estar muito próximos de um paciente e, mais importante, do fluoroscópio gerador de radiação.

Em um futuro próximo, ele prevê cirurgias endovasculares que incorporam tecnologias magnéticas existentes, como pares de imãs grandes, cujas direções os médicos podem manipular do lado de fora da sala de operações, longe do fluoroscópio que imagina o cérebro do paciente ou até mesmo 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 esperança é aproveitar as tecnologias existentes para testar nosso fio robótico in vivo na próxima etapa.”

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Fonte: MIT

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A imagem é creditada aos pesquisadores / MIT.

Pesquisa original: “Ferromagnetic soft continuum robots”.
Science Robotics. doi:10.1126/scirobotics.aax7329