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Microfone implantável pode levar a implantes cocleares totalmente internos

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Fonte

MIT | Instituto de Tecnologia de Massachusetts

Data

terça-feira, 2 julho 2024 16:35

Áreas

Bioeletrônica. Bioengenharia. Biofísica. Biologia. Biomateriais. Biomecânica. Cirurgia. Engenharia Biomédica. Física Médica. Medicina. Otorrinolaringologia. Processamento de Sinais. Saúde Pública.

Os implantes cocleares, pequenos dispositivos eletrônicos que podem fornecer uma sensação sonora para pessoas surdas ou com deficiência auditiva, ajudam a melhorar a audição de mais de um milhão de pessoas no mundo todo, de acordo com os Institutos Nacionais de Saúde (NIH), nos Estados Unidos.

No entanto, os implantes cocleares hoje são apenas parcialmente implantados e dependem de hardware externo que normalmente fica ao lado do ouvido. Esses componentes restringem os usuários, que não podem, por exemplo, nadar, se exercitar ou dormir enquanto usam a unidade externa, e podem fazer com que algumas pessoas renunciem completamente ao implante.

No caminho para criar um implante coclear totalmente interno, uma equipe multidisciplinar de pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), do Massachusetts Eye and Ear, da Escola Médica de Harvard e da Universidade de Columbia, nos Estados Unidos, produziu um microfone implantável que funciona tão bem quanto os microfones comerciais de aparelhos auditivos externos. O microfone continua sendo um dos maiores obstáculos para a adoção de um implante coclear totalmente internalizado.

Este pequeno microfone, um sensor produzido a partir de um material piezoelétrico biocompatível, mede movimentos minúsculos na parte inferior do tímpano. Materiais piezoelétricos geram uma carga elétrica quando comprimidos ou esticados. Para maximizar o desempenho do dispositivo, a equipe também desenvolveu um amplificador de baixo ruído que melhora o sinal enquanto minimiza o ruído da eletrônica.

Embora muitos desafios devam ser superados antes que tal microfone possa ser usado com um implante coclear, a equipe colaborativa está ansiosa para refinar e testar ainda mais este protótipo, que se baseia no trabalho iniciado no MIT e no Massachusetts Eye and Ear há mais de uma década.

“Tudo começa com os médicos otorrinolaringologistas, que estão [com esses desafios] todos os dias da semana, tentando melhorar a audição das pessoas, reconhecendo uma necessidade e trazendo essa necessidade para nós. Se não fosse por essa colaboração da equipe, não estaríamos onde estamos hoje”, diz o Dr. Jeffrey Lang, o professor de Engenharia Elétrica, membro do Laboratório de Pesquisa de Eletrônica (RLE) e coautor sênior do artigo publicado na revista científica Journal of Micromechanics and Microengineering.

A coautoria principal do trabalho inclui Emma Wawrzynek, doutoranda em Engenharia Elétrica e Ciência da Computação (EECS), Aaron Yeiser e John Zhang, doutorando em Engenharia Mecânica no MIT. Também são coautores Lukas Graf e o Dr. Christopher McHugh, pesquisadores do Massachusetts Eye and Ear; o Dr. Ioannis Kymissis, professor de Engenharia Elétrica na Universidade de Columbia; a Dra. Elizabeth S. Olson, professora de Engenharia Biomédica e Biofísica Auditiva na Universidade de Columbia; e a coautora sênior Dra. Hideko Heidi Nakajima, professora de Otorrinolaringologia e Cirurgia de Cabeça e Pescoço na Escola Médica de Harvard e no Massachusetts Eye and Ear.

Superando o impasse de implante

Os microfones totalmente implantáveis ​​oferecem muitas vantagens. Mas a maioria dos dispositivos atualmente em desenvolvimento, que detectam sons sob a pele ou movimentos dos ossos do ouvido médio, podem ter dificuldade para capturar sons suaves e frequências amplas.

Para o novo microfone, a equipe teve foco em uma parte do ouvido médio chamada ‘umbo’. O umbo vibra unidirecionalmente (para dentro e para fora), facilitando a detecção desses movimentos simples.

Embora o umbo tenha a maior amplitude de movimento dos ossos do ouvido médio, ele se move apenas alguns nanômetros. Desenvolver um dispositivo para medir essas vibrações diminutas apresenta grandes desafios. Além disso, qualquer sensor implantável deve ser biocompatível e capaz de suportar o ambiente úmido e dinâmico do corpo sem causar danos, o que limita os materiais que podem ser usados.

“Nosso objetivo é que um cirurgião implante esse dispositivo ao mesmo tempo que o implante coclear e o processador internalizado, o que significa otimizar a cirurgia enquanto trabalha em torno das estruturas internas do ouvido sem interromper nenhum dos processos que ocorrem lá”, disse Emma Wawrzynek.

Então, os pesquisadores criaram o UmboMic, um sensor de movimento triangular de 3 milímetros por 3 milímetros composto por duas camadas de um material piezoelétrico biocompatível chamado difluoreto de polivinilideno (PVDF). Essas camadas de PVDF são intercaladas em ambos os lados de uma placa de circuito impresso flexível (PCB), formando um microfone que tem aproximadamente o tamanho de um grão de arroz e 200 micrômetros de espessura. (Um fio de cabelo humano médio tem cerca de 100 micrômetros de espessura.)

A ponta estreita do UmboMic seria colocada contra o umbo. Quando o umbo vibra e empurra o material piezoelétrico, as camadas de PVDF se dobram e geram cargas elétricas, que são medidas por eletrodos na camada do circuito impresso flexível.

Atualmente, os pesquisadores estão se preparando para lançar estudos com animais vivos para explorar mais o potencial do dispositivo. Esses experimentos também os ajudarão a determinar como o UmboMic responde ao ser implantado.

Acesse o resumo do artigo científico (em inglês).

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

Fonte: Adam Zewe, MIT News. Imagem: shurkin_son via Freepik.

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