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Pesquisadores projetam réplica robótica do ventrículo direito do coração

Divulgação, MIT

Fonte

MIT | Instituto de Tecnologia de Massachusetts

Data

terça-feira, 12 dezembro 2023 18:10

Áreas

Bioeletrônica. Bioengenharia. Biologia. Biomateriais. Biomecânica. Cardiologia. Cirurgia. Engenharia Biomédica. Engenharia de Tecidos. Simulação Computacional. Sistemas de Controle.

Engenheiros do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), nos Estados Unidos, desenvolveram uma réplica robótica do ventrículo direito do coração, que imita o batimento e o bombeamento do sangue de corações vivos.

O ventrículo robótico combina tecido cardíaco real com músculos artificiais sintéticos, semelhantes a balões, que permitem aos cientistas controlar as contrações do ventrículo enquanto observam como funcionam as suas válvulas naturais e outras estruturas complexas.

O ventrículo artificial pode ser ajustado para imitar estados saudáveis e doentes. A equipe de pesquisadores manipulou o modelo para simular condições de disfunção ventricular direita, incluindo hipertensão pulmonar e infarto do miocárdio. Eles também usaram o modelo para testar dispositivos cardíacos. Por exemplo, a equipe implantou uma válvula mecânica para reparar uma válvula com defeito natural e, em seguida, observou como o bombeamento do ventrículo mudava.

Os pesquisadores disseram que o novo ventrículo direito robótico (RRV), pode ser usado como uma plataforma realista para estudar distúrbios do ventrículo direito e testar dispositivos e terapias destinadas a tratar esses distúrbios.

“O ventrículo direito é particularmente suscetível a disfunções em unidades de terapia intensiva, especialmente em pacientes em ventilação mecânica”, disse a Dra. Manisha Singh, pós-doutoranda no Instituto de Engenharia Médica e Ciência (IMES) do MIT. “O simulador RRV pode ser usado no futuro para estudar os efeitos da ventilação mecânica no ventrículo direito e desenvolver estratégias para prevenir a insuficiência cardíaca direita nesses pacientes vulneráveis.”

A pesquisadora e seus colegas relatam detalhes do novo projeto em um artigo de acesso publicado na revista científica Nature Cardiovascular Research. Os coautores incluem a professora Dra. Ellen Roche, que é membro principal do IMES e chefe de pesquisa no Departamento de Engenharia Mecânica do MIT; juntamente com o Dr. Jean Bonnemain, Dr. Caglar Ozturk, Clara Park, Diego Quevedo-Moreno, Meagan Rowlett e Yiling Fan do MIT; Dr. Brian Ayers, do Hospital Geral de Massachusetts; Dr. Christopher Nguyen, da Clínica Cleveland; e Dr. Mossab Saeed, do Hospital Infantil de Boston.

Vida útil de um coração

No novo estudo, a equipe relatou a explantação do ventrículo direito de um porco, que trataram para preservar cuidadosamente suas estruturas internas. Eles então colocaram um envoltório de silicone em torno dele, que atuou como um miocárdio sintético macio ou revestimento muscular. Dentro desse revestimento, a equipe incorporou vários tubos longos em forma de balão, que circundavam o tecido cardíaco real, em posições que a equipe determinou por meio de modelagem computacional como ideais para reproduzir as contrações do ventrículo. Os pesquisadores conectaram cada tubo a um sistema de controle, que então configuraram para inflar e desinflar cada tubo a taxas que imitavam o ritmo e o movimento reais do coração.

Para testar sua capacidade de bombeamento, a equipe infundiu no modelo um líquido com viscosidade semelhante ao sangue. Este líquido específico também era transparente, permitindo aos engenheiros observar com uma câmera interna como as válvulas e estruturas internas respondiam à medida que o ventrículo bombeava o líquido.

Eles descobriram que o poder de bombeamento do ventrículo artificial e a função de suas estruturas internas eram semelhantes ao que observaram anteriormente em animais vivos e saudáveis, demonstrando que o modelo pode simular de forma realista a ação e a anatomia do ventrículo direito. Os pesquisadores também puderam ajustar a frequência e a potência dos tubos de bombeamento para imitar várias condições cardíacas, como batimentos cardíacos irregulares, enfraquecimento muscular e hipertensão.

“Estamos reanimando o coração, em certo sentido, e de uma forma que possamos estudar e potencialmente tratar a sua disfunção”, disse a professora Ellen Roche.

Para mostrar que o ventrículo artificial pode ser usado para testar dispositivos cardíacos, a equipe implantou cirurgicamente dispositivos médicos em forma de anel de vários tamanhos para reparar a válvula tricúspide da câmara. Quando esta válvula apresenta vazamento ou está fisicamente comprometida, pode causar insuficiência cardíaca direita ou fibrilação atrial e causar sintomas como redução da capacidade de exercício, inchaço das pernas e abdômen e aumento do fígado.

Acesse o artigo científico completo (em inglês).

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

Fonte: Jennifer Chu, MIT News. Imagem: novo modelo biorrobótico desenvolvido por engenheiros do MIT simula a função do ventrículo direito , ilustrado  em corte transversal, visto de frente, à esquerda. Fonte: Divulgação, MIT.

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