Notícia

Novo método de imagem torna microrrobôs visíveis no corpo

ETH Zurique e Instituto Max Planck para Sistemas Inteligentes

Fonte

ETH Zurique | Instituto Federal de Tecnologia de Zurique

Data

terça-feira, 17 maio 2022 12:05

Áreas

Engenharia Biológica. Física Médica. Imagens e Diagnóstico. Medicina. Nanotecnologia. Robótica.

Como um coágulo de sangue pode ser removido do cérebro sem qualquer intervenção cirúrgica invasiva? Como uma droga pode ser administrada precisamente em um órgão doente que é difícil de alcançar? Esses são apenas dois exemplos das inúmeras inovações vislumbradas pelos pesquisadores da área de Microrrobótica Médica. Pequenos robôs prometem mudar fundamentalmente os futuros tratamentos médicos: um dia, eles poderão se mover pelos vasos sanguíneos do paciente para eliminar malignidades, combater infecções ou fornecer informações de diagnóstico precisas de forma totalmente não invasiva. Em princípio, argumentam os pesquisadores, o sistema circulatório pode servir como uma via de entrega ideal para os microrrobôs, já que atinge todos os órgãos e tecidos do corpo.

Para que esses microrrobôs possam realizar as intervenções médicas pretendidas com segurança e confiabilidade, eles não devem ser maiores que uma célula biológica. Nos seres humanos, uma célula tem um diâmetro médio de 25 micrômetros – um micrômetro é um milionésimo de um metro. Os menores vasos sanguíneos humanos, os capilares, são ainda mais finos: seu diâmetro médio é de apenas 8 micrômetros. Os microrrobôs devem ser correspondentemente pequenos para que possam passar pelos menores vasos sanguíneos sem impedimentos. No entanto, um tamanho tão pequeno também os torna invisíveis a olho nu – e a ciência também ainda não encontrou uma solução técnica para detectar e rastrear os robôs de tamanho micrométrico individualmente enquanto circulam no corpo.

Rastreando microrrobôs circulantes pela primeira vez

“Antes que esse cenário futuro se torne realidade e os microrrobôs sejam realmente usados ​​em humanos, a visualização e o rastreamento precisos dessas pequenas máquinas são absolutamente necessários”, disse Paul Wrede, doutorando no Max Planck ETH Center for Learning Systems (CLS) – um centro de pesquisa conjunto entre o Instituto Federal de Tecnologia de Zurique (ETH Zurique) e o Instituto Max Planck para Sistemas Inteligentes (MPI-IS). “Sem imagens, a microrrobótica é essencialmente cega”, acrescentou o Dr. Daniel Razansky, professor de Imagens Biomédicas do ETH Zurique e da Universidade de Zurique e membro do CLS.

“As imagens em tempo real e de alta resolução são, portanto, essenciais para detectar e controlar microrrobôs do tamanho de células em um organismo vivo”. Além disso, a imagem também é um pré-requisito para monitorar as intervenções terapêuticas realizadas pelos microrrobôs e verificar se eles realizaram sua tarefa conforme o esperado. “A falta de capacidade de fornecer feedback em tempo real sobre os microrrobôs tem sido, portanto, um grande obstáculo no caminho para a aplicação clínica”, destacou o professor Daniel Razansky.

Juntamente com o Dr. Metin Sitti, especialista em microrobótica, membro do CLS como Diretor do MPI-IS e professor de Inteligência Física do ETH Zurique, e outros colegas pesquisadores, a equipe alcançou um avanço importante na fusão eficiente da microrrobótica com as imagens. Em um estudo recém-publicado na revista científica Science Advances, eles conseguiram pela primeira vez detectar e rastrear claramente microrrobôs de até cinco micrômetros em tempo real nos vasos cerebrais de camundongos usando uma técnica de imagem não invasiva.

Os pesquisadores usaram microrrobôs com tamanhos que variam de 5 a 20 micrômetros. Os menores robôs são do tamanho de glóbulos vermelhos, que têm de 7 a 8 micrômetros de diâmetro. Esse tamanho possibilita que os microrrobôs injetados por via intravenosa viajem até mesmo pelos microcapilares mais finos do cérebro do camundongo.

Os pesquisadores também desenvolveram uma tecnologia de tomografia optoacústica dedicada para detectar os minúsculos robôs um por um, em alta resolução e em tempo real. Esse método de imagem exclusivo permite detectar os microrrobôs em regiões profundas e de difícil acesso do corpo e do cérebro, o que não seria possível com microscopia óptica ou qualquer outra técnica de imagem. O método é chamado optoacústico porque a luz é primeiramente emitida e absorvida pelo respectivo tecido. A absorção então produz pequenas ondas de ultrassom que podem ser detectadas e analisadas para resultar em imagens volumétricas de alta resolução.

Acesse o artigo científico completo (em inglês).

Acesse a notícia completa na página do Instituto Federal de Tecnologia de Zurique (em inglês).

Fonte: Florian Meyer, ETH Zurique. Imagem: microrrobôs circulantes, do tamanho de glóbulos vermelhos (imagem à esquerda), visualizados um a um nos vasos sanguíneos de camundongos com imagens optoacústicas (imagem à direita). Fonte: ETH Zurique e Instituto Max Planck para Sistemas Inteligentes.

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