Pacientes com glioblastoma, um tipo agressivo de tumor cerebral, geralmente são submetidos a cirurgia para remoção do tumor. No entanto, é difícil para os cirurgiões removerem todas as células cancerígenas, e o tumor frequentemente reaparece.

Pesquisadores do MIT desenvolveram um dispositivo implantável para administração de medicamentos que, segundo eles, pode ajudar a prevenir a recorrência do glioblastoma. O dispositivo contém um reservatório que libera medicamentos por um período prolongado, além de transdutores de ultrassom que utilizam ondas sonoras para ajudar os medicamentos a se espalharem mais pelo cérebro e ultrapassarem a barreira hematoencefálica.

Tal dispositivo poderia ser implantado no cérebro durante a cirurgia e, em seguida, liberar gradualmente medicamentos que ajudariam a destruir as células tumorais restantes. Após o implante, um controlador sem fio pode ser usado para programar as doses exatas de ultrassom a serem administradas, aumentando o alcance da terapia.

“Temos 24 transdutores em um único conjunto de ultrassom, o que pode ajudar um determinado medicamento a ultrapassar a barreira hematoencefálica e melhorar a infusão. O dispositivo também oferece aos médicos opções em termos de tamanho, duração e número de infusões”, afirma Canan Dagdeviren, professora associada de artes e ciências da mídia no MIT e autora principal do estudo.

Em um artigo publicado hoje na revista Device , os pesquisadores mostraram que seu dispositivo de ultrassom permitiu que as moléculas se espalhassem mais após serem liberadas, tanto em modelos de tecido quanto em um estudo com ratos. 

A estudante de pós-graduação do MIT, Sarah Ornellas, e Jason Hou, PhD '26, são os autores principais do estudo.

O glioblastoma é um câncer raro, porém mortal, com pouco mais de 10.000 casos diagnosticados por ano nos Estados Unidos. Em média, os pacientes sobrevivem de 12 a 15 meses após o diagnóstico. Normalmente, os pacientes são submetidos a cirurgia para remover o máximo possível do tumor, seguida de radioterapia e quimioterapia.

Os medicamentos quimioterápicos geralmente são administrados em comprimidos ou por infusão intravenosa, mas, nos últimos anos, cientistas desenvolveram dispositivos de liberação de fármacos, como pastilhas e hidrogéis, que podem ser implantados diretamente no crânio. Isso pode ajudar a eliminar os efeitos colaterais da quimioterapia e garantir que uma concentração maior do medicamento chegue ao cérebro.

Esses dispositivos funcionam por difusão passiva de medicamentos, mas a equipe do MIT queria projetar um novo dispositivo que permitisse maior controle do momento da liberação do medicamento. Eles também queriam incorporar conjuntos de ultrassom para melhorar a distribuição das moléculas do medicamento. 

Pesquisas anteriores demonstraram que o ultrassom ajuda as moléculas de medicamentos a se dispersarem mais amplamente, criando fluxos convectivos que as auxiliam a percorrer distâncias maiores. As oscilações mecânicas geradas pelas ondas de ultrassom também aumentam temporariamente a permeabilidade da barreira hematoencefálica, facilitando a entrada das moléculas de medicamentos no cérebro.

Anteriormente, Dagdeviren havia projetado uma  cânula minúscula , com a espessura aproximada de um fio de cabelo humano, que podia ser implantada no cérebro para administrar medicamentos. Ela também construiu um implante chamado  ImPULS , que utiliza minúsculos transdutores de ultrassom para fornecer estimulação cerebral profunda.

No novo estudo, seu laboratório combinou essas tecnologias para criar o LUCID (Dispositivo de Injeção Convectiva Aprimorada por Ultrassom de Longo Prazo) — um implante flexível tão fino quanto uma folha de cartolina. Uma cânula para administração de medicamentos é impressa em 3D diretamente sobre uma matriz de 24 transdutores de ultrassom em miniatura. Esses transdutores geram ondas de ultrassom bem na ponta da agulha, ajudando as moléculas do medicamento a se difundirem mais profundamente no tecido após serem liberadas.

O reservatório do implante comporta cerca de 100 microlitros de fluido, e a infusão é fornecida por uma bomba osmótica passiva, enquanto o ultrassom pode ser controlado sem fio via Bluetooth. O dispositivo também contém uma pequena bateria que pode ser recarregada sem fio. 

Em testes realizados em um "fantasma de tecido" — um material semelhante a um gel projetado para imitar o tecido humano — os pesquisadores demonstraram que a administração auxiliada por ultrassom espalhou as moléculas do medicamento muito mais longe do que quando os medicamentos foram administrados sem ultrassom. 

“Ao aprimorar essa distribuição local e programável com ultrassom, é possível reduzir a toxicidade sistêmica em órgãos não-alvo, enquanto a terapia utilizada tem uma chance maior de atingir as células tumorais presentes na área afetada”, afirma Ornellas.

Os pesquisadores também testaram seu sistema em ratos, usando-o para administrar um agente de contraste para ressonância magnética. Quando o conjunto de ultrassom foi ativado, o agente de contraste se espalhou mais pelo cérebro do que quando o ultrassom não foi usado.

Caso seja desenvolvido para uso em pacientes, o dispositivo, que consiste na cânula para administração do medicamento e no conjunto de ultrassom, seria implantado dentro do crânio, enquanto a parte que contém a bateria e outros componentes eletrônicos ficaria exposta externamente, afirmam os pesquisadores.

Além de administrar medicamentos de pequenas moléculas, essa tecnologia também poderia ser usada para administrar imunoterapias ou ácidos nucleicos, incluindo terapias genéticas. Potencialmente, também poderia ser usada em órgãos além do cérebro.

“Começamos com o cérebro como um desdobramento da nossa tecnologia ImPULS, mas, eventualmente, ela poderá ser usada para outros tratamentos de tecidos moles com diferentes tipos de medicamentos e intervenções em tecidos profundos do corpo”, diz Dagdeviren. “Estamos demonstrando que podemos distribuir qualquer tipo de carga útil de maneira mais eficiente.”

Outros autores do artigo incluem Michal Nowicki, pesquisador associado do Hospital Geral de Massachusetts; Jerry Li, recém-formado pela Universidade de Harvard; Heloise Leblanc, estudante de pós-graduação da Universidade de Boston; Betul Serra Tulu, aluna de graduação do MIT; David Sadat, especialista em pesquisa do MIT; Marco Mineo, instrutor de neurocirurgia na Faculdade de Medicina de Harvard; Steve Ramirez, professor associado de ciências psicológicas e cerebrais; e E. Antonio Chiocca, professor de neurocirurgia na Faculdade de Medicina de Harvard e no Hospital Geral de Massachusetts. 

A pesquisa foi financiada pelo Consórcio MIT Media Lab e pelos Institutos Nacionais de Saúde.