Coração biorrobótico que bate de verdade servirá para treinar cirurgiões

Cientistas criaram um simulador cardíaco biorrobótico substituindo o músculo cardíaco da câmara esquerda de um coração biológico por uma bomba robótica macia.
[Imagem: Manisha Singh]

Coração biorrobótico

Combinando um coração biológico de porco com uma bomba robótica de silicone, pesquisadores criaram um coração biorrobótico que bate como um coração real.

O simulador de válvula cardíaca consegue imitar a estrutura, função e movimento de um coração saudável ou doente, permitindo que cirurgiões e pesquisadores demonstrem ou treinem várias intervenções enquanto coletam dados em tempo real.

"O simulador tem um enorme benefício como ferramenta de pesquisa para aqueles que estudam diferentes condições e intervenções nas válvulas cardíacas", disse a professora Ellen Roche, do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (EUA). "Ele pode servir como uma plataforma de treinamento cirúrgico para médicos, estudantes de medicina e estagiários, permitir que engenheiros de dispositivos estudem seus novos projetos e até mesmo ajudar os pacientes a compreender melhor sua própria doença e possíveis tratamentos."

Antes que novas intervenções cheguem aos seres humanos, elas precisam ser submetidas a testes rigorosos em simuladores cardíacos e em animais. No entanto, os simuladores cardíacos atuais não capturam completamente a complexidade de um coração e têm uma vida útil curta, de duas a quatro horas. Os estudos em animais são caros e demorados, e os resultados nem sempre podem ser traduzidos para os seres humanos.

O coração biorrobótico pode preencher essas lacunas como um método menos dispendioso, com vida útil de meses.

O modelo funciona como um coração real, e já serviu para o teste dos procedimentos padrão usados hoje na cirurgia cardíaca.
[Imagem: Clara Park et al. - 10.1016/j.device.2023.100217]

Treinamento de cirurgiões e teste de intervenções

Para compreender melhor a válvula mitral em estados saudáveis e doentes, a equipe construiu um coração biorrobótico baseado em um coração de porco. O músculo cardíaco na câmara esquerda foi substituído por um sistema de bomba robótica macia, feita de silicone acionada por ar. Quando inflado, o sistema torce e comprime o coração como um músculo cardíaco real, bombeando sangue artificial através de um sistema de circulação simulado, e simulando a batida de um coração biológico.

Os pesquisadores se concentraram na regurgitação mitral, um distúrbio no qual a válvula entre as câmaras cardíacas esquerdas não fecha adequadamente, resultando em uma válvula cardíaca com vazamento, onde o sangue pode fluir para trás. Esta condição, que afeta cerca de 24 milhões de pessoas em todo o mundo, pode causar falta de ar, inchaço nos membros e insuficiência cardíaca. Dada a complexidade da estrutura da válvula, as cirurgias para corrigir o distúrbio são altamente complexas, destacando a necessidade de uma tecnologia eficaz e de técnicas cirúrgicas precisas, que precisam ser treinadas.

Quando a equipe danificou a válvula mitral no coração biorrobótico, ela apresentou características de uma válvula cardíaca com vazamento. A equipe então fez com que cirurgiões cardíacos corrigissem o dano com três técnicas diferentes: Ancorando o tecido do folheto da válvula com cordas artificiais, substituindo a válvula por uma válvula protética e implantando um dispositivo para ajudar no fechamento do folheto da válvula.

Todos os três procedimentos foram bem-sucedidos, normalizando a pressão, o fluxo e a função cardíaca. O sistema também permitiu à equipe coletar dados em tempo real durante a cirurgia, mostrando-se compatível com as atuais tecnologias de imagem utilizadas nas clínicas. "Foi realmente muito interessante para os cirurgiões ver cada passo," descreveu Roche. "Quando você trabalha com pacientes, não consegue visualizar o processo porque há sangue no coração".

A expectativa é que o modelo de coração biorrobótico torne-se um ambiente realista para treinamento e prática em cirurgia cardíaca.