Implante neural de seda traz esperança para epilepsia e lesões da coluna

Eletrodos neurais implantados sobre o cérebro de um animal de laboratório (embaixo). A fibroína, a proteína da qual é constituída a seda, é absorvada pelos tecidos biológicos, permitindo que os eletrodos captem os sinais cerebrais com mais precisão.
[Imagem: Litt et al./Nature Materials]

Implante de seda

Cientistas criaram um novo tipo de eletrodo para implantes cerebrais que praticamente se funde no lugar, adequando-se com perfeição à superfície irregular do cérebro.

Feito de uma mescla precisa de polímero, metal e seda, o implante ultrafino é menos invasivo do que os tradicionais eletrodos de agulha, praticamente não causando danos ao cérebro.

A parte de seda - ou fibroína, a proteína da qual a seda é feita - é projetada para dissolver-se depois que os eletrodos são implantados no cérebro, garantindo um perfeito contato e leituras mais precisas dos impulsos elétricos do cérebro.

Eletrodo cerebral

A tecnologia pode impulsionar o campo das interfaces cérebro-máquina e permitir a criação de dispositivos práticos para monitorar e controlar as convulsões epilépticas e até mesmo para transmitir sinais do cérebro para partes específicas do corpo, saltando partes danificadas por fraturas na coluna vertebral.

"Estes implantes têm o potencial para maximizar o contato entre os eletrodos e o tecido cerebral, minimizando os danos ao cérebro. Eles podem fornecer uma plataforma para uma grande variedade de dispositivos médicos, com aplicações na epilepsia, nas lesões da medula espinhal e outras desordens neurológicas," afirma o Dr. Walter Koroshetz, do Instituto Nacional de Desordens Neurológicas, dos Estados Unidos.

Os experimentos demonstraram que os implantes ultrafinos e flexíveis, recobertos de seda, captam a atividade cerebral mais fielmente do que os implantes mais grossos utilizados atualmente, mesmo quando utilizados em conjunto com o mesmo circuito eletrônico de suporte.

Eletrodos neurais

A primeira geração de eletrodos neurais, usados para gravação dos sinais cerebrais - e ainda a mais largamente utilizada - consiste em pequenas agulhas metálicas que penetram profundamente no tecido cerebral.

A segunda geração trouxe as chamadas matrizes de microeletrodos, constituídas por dezenas de eletrodos de fio semi-flexível. Embora menos invasivas, essas matrizes são essencialmente chips ultraminiaturizados, e a sua base de silício rígida não lhes permite conformar-se à superfície irregular do cérebro.

Já os novos eletrodos neurais à base de seda podem literalmente "abraçar" o cérebro, adaptando-se às ranhuras e se estendendo por suas superfícies arredondadas, colando-se como se fosse uma fita adesiva.

A flexibilidade também permite que eles se adaptem aos movimentos normais, ou até anormais, do cérebro no interior do crânio.

Seda, metal e plástico

Além de sua flexibilidade, a seda foi escolhida como material base dos eletrodos porque ela é resistente o suficiente para suportar a inserção das finas vias metálicas responsáveis por captar os sinais do cérebro e enviá-los para os equipamentos de processamento.

A seda também permite que os implantes sejam projetados para evitar reações inflamatórias e para dissolver-se em tempos predeterminados, que podem variar de quase imediatamente após o implante até anos mais tarde.

As matrizes de eletrodos de metal - com cerca de 500 micrômetros de espessura - podem ser impressas em camadas de poliimida (um tipo de plástico) e de seda e, a seguir, posicionadas sobre o cérebro.

A parte eletrônica do implante foi obtida com a colaboração da equipe do professor John Rogers, da Universidade de Illinois, que desenvolveu circuitos eletrônicos superflexíveis usados, por exemplo, em uma câmera digital que imita a retina humana.

As matrizes de eletrodos de metal - com cerca de 500 micrômetros de espessura - podem ser impressas em camadas de poliimida (um tipo de plástico) e de seda e, a seguir, posicionadas sobre o cérebro.
[Imagem: Litt et al./Nature Materials]

Implantes cerebrais

Os implantes cerebrais foram testados sobre objetos de geometrias complexas e maleáveis e, finalmente, no cérebro de animais vivos anestesiados.

Os experimentos levaram ao desenvolvimento de uma matriz que tem como base uma malha de poliamida e seda que se dissolve assim que faz contato com o cérebro, permitindo que a matriz de eletrodos "abrace" fortemente o cérebro, captando os sinais de forma mais precisa do que os eletrodos muito mais grossos utilizados até hoje.

Agora que comprovaram o funcionamento da técnica, os pesquisadores planejam adensar os eletrodos sobre a base de seda e plástico, de forma a obter leituras dos sinais cerebrais com uma resolução mais elevada - os protótipos usados até agora são formados por 30 eletrodos em um padrão de 5x6.

"Também pode ser possível compactar os implantes de seda e enviá-los ao cérebro através de um catéter, em formatos definidos e já instrumentalizados com componentes eletrônicos de alto desempenho," vislumbra o Dr. Rogers.

Epilepsia e lesão na coluna

Em pacientes com epilepsia, as matrizes de eletrodos cerebrais podem ser usadas para detectar quando a crise epiléptica está começando, e enviar de volta ao cérebro pulsos elétricos que anulem os ataques.

Nas pessoas com lesões na coluna vertebral, a tecnologia tem potencial para ler diretamente no cérebro os sinais complexos que comandam os movimentos e encaminhar esses sinais diretamente para os músculos saudáveis ou para próteses, saltando a porção danificada.

Fonte: Implante cerebral de seda é esperança para epilepsia e lesões da coluna