Notícia

Pesquisadores estão desenvolvendo implante cerebral que poderia prever e prevenir ataques epilépticos

Em vez de eletrodos de metal, o implante usa matrizes de eletrodos de fibra de carbono: os eletrodos são ignorados pelo sistema imunológico e devem ser pequenos o suficiente para registrar a atividade de células cerebrais individuais.

Divulgação, Universidade de Melbourne

Fonte

Universidade de Melbourne

Data

sábado, 10 julho 2021 07:40

Áreas

Bioeletrônica. Engenharia Biomédica. Medicina. Neurociências.

A startup Carbon Cybernetics está desenvolvendo um implante cerebral para monitoramento de longo prazo da função cerebral. O desenvolvimento do dispositivo está na fase de prova de conceito e tem a finalidade de ajudar a prever e prevenir ataques epilépticos.

O implante usa uma matriz de 32 eletrodos de fibra de carbono flexíveis. Eles são pequenos o suficiente para registrar a atividade cerebral de células cerebrais individuais. Como a fibra de carbono é biocompatível, o implante não provoca resposta imunológica.

A Carbon Cybernetics foi fundada em 2018 por quatro pesquisadores da Universidade de Melbourne, na Austrália.

A necessidade da tecnologia

Cerca de 50 milhões de pessoas em todo o mundo sofrem de epilepsia. Cerca de um terço dessas pessoas não consegue controlar suas convulsões usando medicamentos. Eles também não sabem quando ocorrerá uma convulsão. Isso torna difícil evitar situações perigosas e fazer planos.

As ferramentas atuais para prever convulsões geralmente usam eletrodos de metal. Eles são colocados sobre ou sob o couro cabeludo para registrar a atividade cerebral de uma pessoa. No entanto, esses eletrodos são relativamente grandes. Eles só podem medir padrões médios de atividade elétrica em grandes regiões do cérebro. E eles ainda não são sensíveis o suficiente para medir a atividade elétrica em detalhes suficientes para prever convulsões de forma confiável.

Para obter gravações de alta resolução, eletrodos ultrafinos devem ser implantados no cérebro. Mas a presença de um corpo estranho geralmente ativa a reação do sistema imunológico. Com o tempo, o tecido cicatricial pode tornar um implante inútil.

Implantes cerebrais altamente sensíveis que não desencadeiam uma resposta imunológica são necessários para monitorar, prever e prevenir ataques epilépticos.

A pesquisa

O implante cerebral tem sua origem no trabalho realizado pelo Dr. Steven Prawer, professor da Universidade de Melbourne, e uma equipe de pesquisadores, especialistas em ciências dos materiais, física, química, engenharia biomédica, modelagem neural e neurociência clínica.

A equipe projetou e construiu um protótipo de olho biônico para restaurar a visão em pessoas com degeneração retinal. O protótipo incluía uma câmera externa e uma unidade que convertia imagens em dados. O sistema também incluiu eletrodos implantáveis, que usaram esses dados para estimular as células nervosas na retina. Os eletrodos foram feitos de carbono, que causa menos inflamação e cicatrizes do que os eletrodos de metal.

Dando continuidade a esse projeto, os pesquisadores continuaram aprimorando o desempenho dos eletrodos. Os membros da equipe testaram a fibra de carbono como um material mais macio e flexível do que o carbono usado nos eletrodos da retina. Os pesquisadores também desenvolveram um revestimento de diamante que melhorou a capacidade dos eletrodos em estimular as células nervosas.

Cada eletrodo revestido de diamante tem 7 mícrons de diâmetro (aproximadamente o mesmo tamanho de um glóbulo vermelho humano típico). Os eletrodos variam em comprimento de 0,5 a 3 milímetros. Cada um é pequeno o suficiente para estimular e registrar sinais de uma única célula.

Para estimular e registrar a partir de várias células ao mesmo tempo, a equipe desenvolveu a tecnologia para criar uma matriz desses eletrodos. Cobrindo uma área de apenas 1 milímetro quadrado, a matriz pode ser inserida no cérebro por meio de cirurgia minimamente invasiva. Até o momento, a equipe fabricou matrizes de até 32 eletrodos.

Porém, para criar um dispositivo totalmente implantável, os componentes eletrônicos precisam ser ainda menores. Para fazer isso, a startup está participando de novo projeto com a Universidade de Melbourne. O objetivo do projeto é fabricar um dispositivo que possa estimular células cerebrais isoladas e registrar como elas respondem. Respostas atípicas são um sinal de que o paciente pode estar mais sujeito a ter uma convulsão. Os dados coletados pelo dispositivo podem, portanto, ser usados para melhor prever e prevenir convulsões.

Como parte deste projeto, os parceiros irão projetar um circuito integrado de aplicação específica (ASIC). Um ASIC é um microcomputador em um único chip medindo cerca de 1–2 milímetros quadrados. Ele controlará o dispositivo, permitindo que estimule, grave e transmita dados sem fio para uma unidade de gravação externa.

Além das patentes já registradas, alguns resultados da pesquisa foram publicados na revista científica Biomaterials.

Acesse o resumo do artigo científico (em inglês).

Acesse a notícia completa na página da Universidade de Melbourne (em inglês).

Fonte: Universidade de Melbourne. Imagem: Unidade de processamento central (cinza no diagrama) do dispositivo fica sob o couro cabeludo. Fios se estendem através do crânio até o cérebro e matrizes microscópicas na extremidade de cada fio contêm eletrodos de fibra de carbono que registram a atividade de células cerebrais individuais.  Fonte: Divulgação, Universidade de Melbourne.

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