Ao tirar partido da luz, os meus colegas e eu criámos um pacemaker sem fios e ultrafino que funciona de forma semelhante a um painel solar. Além de dispensar baterias, este desenho adapta-se aos contornos do coração, reduzindo a interferência no seu funcionamento natural.
O nosso estudo, publicado recentemente na revista Nature, apresenta uma nova via para tratamentos que dependem de estimulação elétrica, como a estimulação cardíaca.
Os pacemakers são dispositivos médicos implantados no organismo para controlar os ritmos cardíacos. Incluem circuitos eletrónicos, baterias e elétrodos fixados ao músculo do coração, que o estimulam.
Contudo, os elétrodos podem avariar e lesar os tecidos. Depois de implantados, não é possível alterar a sua posição, o que restringe o acesso a várias zonas do coração. Além disso, por recorrerem a elétrodos metálicos rígidos, os pacemakers podem causar danos nos tecidos ao reiniciar o coração após uma cirurgia ou ao controlar arritmias.
A nossa equipa procurou desenvolver um pacemaker sem elétrodos, mais flexível e capaz de estimular com precisão várias áreas do coração. Para isso, concebemos um dispositivo que converte luz em bioeletricidade, isto é, sinais elétricos produzidos pelas células cardíacas.
Mais fino do que um cabelo humano, o nosso pacemaker é composto por uma fibra ótica e uma membrana de silício, tecnologias que o laboratório Tian e colegas da Pritzker School of Molecular Engineering da Universidade de Chicago vêm desenvolvendo há anos.
Ao contrário das células solares convencionais, geralmente criadas para captar o máximo de energia possível, ajustámos o dispositivo para produzir eletricidade apenas nos pontos atingidos pela luz, permitindo regular os batimentos com exatidão. Conseguimo-lo através de uma camada de poros extremamente pequenos, capaz de reter luz e corrente elétrica. Apenas os músculos cardíacos expostos aos poros ativados pela luz são estimulados.
Por ser tão pequeno e leve, o dispositivo pode ser implantado sem necessidade de abrir o tórax.
Conseguimos implantá-lo com êxito no coração de roedores e de um porco adulto, regulando os batimentos de diferentes músculos cardíacos. Como o coração dos porcos é anatomicamente semelhante ao coração humano, este resultado demonstra o potencial de aplicação do nosso dispositivo em pessoas.
Porque é importante
As doenças cardíacas constituem a principal causa de morte em todo o mundo. Todos os anos, mais de 2 milhões de pessoas são submetidas a cirurgia cardíaca aberta para tratar problemas do coração, incluindo a implantação de dispositivos que regulam os ritmos cardíacos e previnem enfartes.
O nosso dispositivo ultraleve molda-se suavemente à superfície cardíaca, permitindo uma estimulação menos invasiva, uma melhor regulação dos batimentos e uma contração sincronizada. Para diminuir o trauma pós-operatório e o tempo de recuperação, pode ser implantado através de uma técnica minimamente invasiva.
O que ainda não se sabe sobre o pacemaker ultrafino
Neste momento, a melhor utilização inicial da nossa tecnologia destina-se a situações cardíacas urgentes, como reiniciar o coração após uma cirurgia, um enfarte ou uma desfibrilhação ventricular. Continuamos a investigar os seus efeitos a longo prazo e a sua durabilidade no corpo humano.
O ambiente interno do organismo contém muitos fluidos, que são continuamente agitados pelo movimento mecânico constante do coração. Ao longo do tempo, esta condição poderá comprometer o funcionamento do dispositivo.
Além disso, os investigadores ainda não compreendem totalmente a reação do organismo à exposição prolongada a dispositivos médicos. A formação de tecido cicatricial à volta do dispositivo após a implantação pode reduzir a sua sensibilidade. Estamos a desenvolver tratamentos especiais para a superfície e revestimentos de biomateriais que diminuam a probabilidade de rejeição.
Embora a degradação do nosso dispositivo produza uma substância não tóxica que o organismo consegue absorver em segurança, denominada ácido silícico, é essencial avaliar a resposta do corpo a uma implantação prolongada para assegurar a segurança e a eficácia.
O que se segue
Para alcançar uma implantação de longa duração e adaptar o dispositivo a cada doente, estamos a aperfeiçoar a velocidade a que este se dissolve naturalmente no organismo. Também estudamos melhorias que o tornem compatível com um pacemaker usável. Isto implica integrar sob a pele um díodo emissor de luz sem fios, ou LED, ligado ao dispositivo através de uma fibra ótica.
O nosso objetivo final é alargar o alcance daquilo a que chamamos fotoeletroceuticos para além dos cuidados cardíacos. Isto inclui neuroestimulação, neuropróteses e controlo da dor para tratar doenças neurodegenerativas, como a doença de Parkinson.
O Research Brief é um resumo breve de trabalho académico de interesse.
Pengju Li, doutorando em Engenharia Molecular, Pritzker School of Molecular Engineering da Universidade de Chicago
Este artigo é republicado de The Conversation ao abrigo de uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.
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