Notícia

Pesquisadores usam impressão 4D para estimulação de nervos finos

Andreas Heddergott, Universidade Técnica de Munique

Fonte

TUM | Universidade Técnica de Munique

Data

terça-feira, 18 julho 2023 16:45

Áreas

Bioengenharia. Biologia. Ciência dos Materiais. Dor. Engenharia Biomédica. Impressão 3D. Medicina. Neurociências. Neuroeletrônica. Otorrinolaringologia.

O sistema nervoso controla os movimentos do corpo por meio de impulsos elétricos. Estes passam de célula nervosa para célula nervosa até que finalmente, por exemplo, uma contração muscular seja desencadeada. Mas as células nervosas também podem ser estimuladas artificialmente, acionando os nervos com pulsos de corrente por meio de eletrodos aplicados ou implantados. A estimulação do nervo periférico é usada, por exemplo, para tratar a dor crônica ou a apneia do sono. Além disso, existem aplicações clínicas para estimular o nervo vago no tratamento de depressão e epilepsia: com um diâmetro de vários milímetros, esse nervo é relativamente espesso.

Em comparação, a estimulação de nervos com diâmetros variando de dezenas a centenas de micrômetros é mais desafiadora. Esses nervos finos como fios de cabelos requerem eletrodos produzidos com baixíssima espessura e alta precisão. Inserir e conectar o eletrodo aos nervos na faixa de micrômetros também é mais complexo.

A impressão 4D abre as portas para novas formas

A impressão 4D envolve remodelar objetos impressos em 3D de maneira direcionada, por exemplo, usando umidade ou calor. Pesquisadores da Universidade Técnica de Munique (TUM) e do Medical & Health Informatics Laboratories  da NTT Research desenvolveram eletrodos impressos em 4D que se envolvem em fibras nervosas ultrafinas quando inseridos em tecido úmido. O eletrodo é inicialmente fabricado usando a tecnologia de impressão 3D, permitindo uma adaptação flexível da forma, diâmetro e outros recursos.

A bainha externa do eletrodo compreende um hidrogel biocompatível que se expande em contato com a umidade. O material no interior é flexível, mas não expande. Essa configuração faz com que os eletrodos se enrolem automaticamente nas fibras nervosas quando expostos à umidade do tecido.

O revestimento estruturado de titânio-ouro no interior dos eletrodos transmite sinais elétricos entre os eletrodos e as fibras nervosas. “O contato próximo entre as extremidades dobradas e os nervos nos permite estimular os nervos e medir os sinais nervosos com os eletrodos”, disse o Dr. Bernhard Wolfrum, professor de Neuroeletrônica no Instituto de Engenharia Biomédica de Munique (MIBE) da TUM e líder do estudo. Isso expande a gama de possibilidades para possíveis aplicações.

Melhor seletividade na estimulação

Uma variedade de aplicações biomédicas para os novos eletrodos é concebível no futuro. Um exemplo são os implantes aprimorados para apneia do sono. Em pacientes que sofrem de apneia do sono, a língua pode obstruir brevemente as vias aéreas. Estimular os músculos que puxam a língua para frente pode corrigir o problema. “Atualmente, no entanto, é difícil estimular seletivamente apenas os músculos que movem a língua para frente. É aqui que os eletrodos flexíveis podem ser aplicados para facilitar a estimulação dos nervos de forma mais seletiva no futuro”, disse o professor Dr. Clemens Heiser, médico do Departamento de Otorrinolaringologia no Hospital Universitário da TUM.

Os eletrodos autodobráveis são robustos e fáceis de manusear. A equipe de pesquisa já demonstrou a aplicação dos eletrodos em gafanhotos: fibras nervosas finas com diâmetro de 100 micrômetros foram embainhadas sem danificar os nervos. Isso permitiu que os cientistas estimulassem os músculos de uma maneira muito direcionada. Embora ainda em um estágio inicial de desenvolvimento, os eletrodos podem fornecer um meio importante de implantar a estimulação de nervos periféricos para mais aplicações clínicas no futuro.

Os resultados foram publicados na revista científica Advanced Materials.

Acesse o artigo científico completo (em inglês).

Acesse a notícia completa na página da Universidade Técnica de Munique.

Fonte: Universidade Técnica de Munique. Imagem: o doutorando Lukas Hiendlmeier trabalhando nos eletrodos autodobráveis. Fonte: Andreas Heddergott, Universidade Técnica de Munique.

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