Um novo tipo de implante cerebral poderia dar aos cientistas uma forma mais precisa de estudar o cérebro e poderia eventualmente contribuir para o tratamento de doenças neurológicas como a epilepsia.
Pesquisadores da DTU, da Universidade de Copenhague, da University College London e de outras instituições desenvolveram um eletrodo cerebral longo e fino, equipado com canais microscópicos. Este dispositivo, conhecido como axialtrode microfluídico (mAxialtrode), é projetado para fornecer vários pontos funcionais ao longo do comprimento do implante. Isso permite que os pesquisadores registrem a atividade neural e administrem medicamentos em locais específicos em diferentes partes do cérebro.
As descobertas foram publicadas na revista Ciência avançada.
Um dispositivo multifuncional para pesquisa do cérebro
Por enquanto, a tecnologia pretende principalmente ser uma ferramenta de pesquisa. Os cientistas podem usá-lo para investigar como os sinais passam pelas diferentes camadas do cérebro durante processos relacionados à epilepsia, memória e tomada de decisões.
A longo prazo, os investigadores dizem que o Maxialtrode também pode ter aplicações terapêuticas. Uma possibilidade seria usar o dispositivo para distribuir medicamentos em locais precisos, bem como aplicar estimulação elétrica ou luminosa em áreas selecionadas do cérebro.
O pós-doutorado Kunyang Sui, que desenvolveu o conceito mAxialtrode junto com o professor associado Christos Markos, diz que uma das principais vantagens é que múltiplas capacidades podem ser combinadas em um único implante. Isso poderia permitir que os pesquisadores conduzissem experimentos mais precisos, reduzindo ao mesmo tempo a necessidade de vários dispositivos inseridos no cérebro.
Kunyang Sui diz: “A maioria dos implantes cerebrais existentes são baseados em materiais duros como o silicone, que podem irritar o cérebro e causar inchaço dos tecidos. O novo implante é diferente porque é feito de fibra óptica macia, semelhante a plástico, e tem uma ponta especial em ângulo que o torna menor e reduz os danos que causa quando colocado no cérebro.
Sui alerta que a tecnologia ainda está muito longe do uso clínico rotineiro. Serão necessários testes extensivos, desenvolvimento adicional e aprovação regulatória antes que possa ser usado no tratamento de pacientes.
Indo além da fibra óptica tradicional
Os pesquisadores do cérebro usam atualmente fibras ópticas planas em muitos experimentos. Essas fibras finas feitas de vidro ou plástico podem conduzir luz para áreas mais profundas do cérebro. Eles são frequentemente usados em optogenética, uma técnica que envolve a ativação de células nervosas específicas por meio de luz.
No entanto, as fibras tradicionais têm uma limitação significativa. Normalmente, eles interagem apenas com o tecido cerebral na extremidade da fibra, o que significa que os pesquisadores só podem estimular ou monitorar um local de cada vez.
A extremidade mais externa é chamada de ponta distal ou “nariz” da fibra. A luz é emitida e o contato com o tecido cerebral ocorre apenas neste momento. Como resultado, os cientistas podem estar limitados a medir ou estimular uma camada do cérebro de cada vez, embora muitas funções cerebrais dependam de comunicações entre múltiplas camadas e estruturas mais profundas.
Como funciona o novo implante cerebral
O trodo maxilar fino como uma agulha começa como uma haste de polímero muito grande. Os pesquisadores aquecem o material e o esticam até formar uma fibra extremamente fina, como fazer fios muito finos de açúcar, mas com muito maior precisão.
Um núcleo condutor de luz passa pelo centro da fibra. Existem oito canais microscópicos ao seu redor que podem transportar fluidos. Esses canais também podem conter fios metálicos extremamente finos usados para medir a atividade elétrica no cérebro.
O tamanho da fibra acabada é inferior a meio milímetro. Também é altamente flexível, permitindo que se mova com o tecido cerebral em vez de pressioná-lo rigidamente. Esta diferença na rigidez pode ser importante porque os implantes mais duros podem causar reações inflamatórias quando deixados no cérebro por longos períodos de tempo.
Testado em ratos vivos
Os pesquisadores testaram o sistema não apenas em laboratório, mas também “in vivo”, ou seja, em camundongos vivos. Eletrodos foram implantados nos cérebros dos animais e conectados a fontes de luz, equipamentos de gravação e pequenas bombas usadas para fornecer fluidos.
Experimentos mostraram que o dispositivo poderia estimular células nervosas usando luz azul e vermelha. Ao mesmo tempo, os pesquisadores conseguiram registrar a atividade elétrica de regiões cerebrais superficiais e profundas, incluindo o córtex cerebral e o hipocampo.
Eles também foram capazes de injetar diferentes substâncias em diferentes profundidades, com pontos de entrega espaçados em cerca de três milímetros. Todas essas medidas e formas de estimulação foram realizadas utilizando a mesma fibra de luz, que os ratos conseguiram transportar sem sinais evidentes de desconforto.
Aplicações potenciais em epilepsia e neurociência
Experimentos in vivo e validação neurofisiológica foram conduzidos pelo Professor Associado Rune W. da Universidade de Copenhague. Berg e o professor associado Rob C. Wykes da University College London. Suas contribuições incluíram experiência na análise de circuitos neurais e modelos relacionados à epilepsia.
A equipe de pesquisa está agora trabalhando para patentear a tecnologia por trás dos eletrodos cerebrais. Os cientistas também estão explorando o que será necessário para começar a testar o dispositivo em pacientes em ambiente clínico.
