Tecnologia Científica

Primeiro cateter dirigível desenvolvido para cirurgia cerebral
O cateter dirigível foi testado com sucesso em porcos no Centro para o Futuro da Cirurgia da Universidade da Califórnia em San Diego.
Por Ioana Patringenaru - 19/08/2021


Uma visão do cateter dirigível, à direita, e como ele navega em um vaso sanguíneo do cérebro (inserir à esquerda). Crédito: Universidade da Califórnia - San Diego

Uma equipe de engenheiros e médicos desenvolveu um cateter direcionável que, pela primeira vez, dará aos neurocirurgiões a capacidade de direcionar o dispositivo em qualquer direção que desejarem enquanto navegam pelas artérias e vasos sanguíneos do cérebro. O dispositivo foi inspirado na natureza, especificamente nas pernas dos insetos e flagelos - estruturas semelhantes a caudas que permitem que organismos microscópicos, como bactérias, nadem.

A equipe da Universidade da Califórnia em San Diego descreve o avanço na edição de 18 de agosto da Science Robotics .

O cateter dirigível foi testado com sucesso em porcos no Centro para o Futuro da Cirurgia da Universidade da Califórnia em San Diego.

Aproximadamente uma em cada 50 pessoas nos Estados Unidos tem um aneurisma intracraniano não rompido - uma lesão em forma de bolha de parede fina em uma artéria cerebral que é propensa a se romper. Esses tipos de lesões afetam mais de 160 milhões de pessoas em todo o mundo, metade delas com menos de 50 anos. Dos pacientes que sofrem de aneurisma roto, mais da metade morre. Metade dos sobreviventes sofre de deficiências de longo prazo. Estudos mostram que um quarto dos casos não pode ser operado devido à dificuldade de acesso aos aneurismas.

"Como neurocirurgião, um dos desafios que temos é direcionar cateteres para os recessos delicados e profundos do cérebro", disse o Dr. Alexander Khalessi, chefe do Departamento de Cirurgia Neurológica da UC San Diego Health. "Os resultados de hoje demonstram a prova de conceito para um cateter macio e facilmente manobrável que melhoraria significativamente nossa capacidade de tratar aneurismas cerebrais e muitas outras condições neurológicas, e estou ansioso para fazer avançar esta inovação para o atendimento ao paciente."

O atual estado da arte em cirurgia de aneurisma envolve neurocirurgiões inserindo fios-guia em uma artéria perto da virilha para levar cateteres através da aorta e por todo o caminho até o cérebro. Os cirurgiões usam fios-guia de ponta curva para navegar pelas artérias e junções do cérebro. Mas esses fios-guia devem ser removidos antes que a ponta do cateter possa ser usada para fornecer o tratamento.

"Assim que o fio-guia for retirado, o cateter retornará à sua forma nativa, muitas vezes em linha reta, resultando na perda de acesso à patologia", disse a Dra. Jessica Wen, que serviu de ponte entre médicos e engenheiros, e trabalho coordenado com o Centro para o Futuro da Cirurgia da UC San Diego.

Como resultado, é extremamente difícil colocá-lo e mantê-lo na posição correta para liberar bobinas de platina que bloqueiam o fluxo sanguíneo para o aneurisma e evitam o sangramento cerebral.
 
Cateteres direcionáveis ​​não estão disponíveis para neurocirurgia devido ao tamanho pequeno dos vasos sanguíneos do cérebro. Especificamente, os dispositivos precisam ter menos de um milímetro de diâmetro - que é aproximadamente o diâmetro de alguns fios de cabelo humanos - e cerca de cinco pés de comprimento (160 cm). Os métodos de fabricação industrial lutam nessa escala. Em parte, isso ocorre porque a gravidade, a eletrostática e a força de van der Waals são todas semelhantes nesse tamanho. Portanto, uma vez que você pegar algo com uma pinça, você não pode deixá-lo cair. Se você o persuadir da pinça, ele pode saltar no ar de forças opostas e desaparecer, para nunca mais ser encontrado.

"Infelizmente, muitos dos vasos sanguíneos mais importantes que precisamos tratar estão entre os mais tortuosos e frágeis do corpo", disse James Friend, professor da Escola de Engenharia e Medicina da UC San Diego Jacobs e autor correspondente do artigo . "Embora a robótica esteja se tornando cada vez mais necessária no tratamento de muitos problemas médicos , dispositivos deformáveis ​​nas escalas exigidas para esses tipos de cirurgias simplesmente não existem."

Um cateter dirigível permite que os cirurgiões administrem terapias, neste caso bobinas
de platina que bloqueiam o fluxo sanguíneo para um aneurisma, no recesso mais
profundo do cérebro. Crédito: Universidade da Califórnia - San Diego

Bioinspiração

Para resolver esse problema, os pesquisadores se inspiraram na natureza e na robótica leve.

"Fomos inspirados por flagelos e pernas de insetos , bem como por acasalamento de besouros, em que a hidráulica em microescala e a deformação de grande aspecto estão envolvidas", disse Gopesh Tilvawala, que recentemente obteve um Ph.D. no grupo de pesquisa de Friend e primeiro autor do artigo. "Isso nos levou a desenvolver [um] microcateter robótico macio acionado hidraulicamente."

Simulações de computador e novos métodos de fabricação

A equipe teve que inventar uma maneira totalmente nova de fundir silicone em três dimensões que funcionasse nessas escalas, depositando camadas concêntricas de silicone umas sobre as outras com diferentes rigidezes. O resultado é um cateter de borracha de silicone com quatro orifícios dentro de suas paredes, cada um com cerca da metade do diâmetro de um fio de cabelo humano.

A equipe também realizou simulações de computador para determinar a configuração do cateter; quantos furos deve incluir; onde devem ser colocados; e a quantidade de pressão hidráulica necessária para acioná-lo. Para guiar o cateter, o cirurgião comprime um controlador portátil para passar fluido salino na ponta para direcioná-lo. A solução salina é usada para proteger o paciente; se o dispositivo falhar, o soro fisiológico entra inofensivamente na corrente sanguínea. A ponta direcionável do cateter é visível nas radiografias.

Uma imagem fluoroscópica do cateter dirigível navegando por uma artéria cerebral em
um porco e desdobrando bobinas. Crédito: Universidade da Califórnia - San Diego

Uma nova maneira de fazer neurocirurgia

O trabalho deve fazer uma diferença significativa na forma como a cirurgia de aneurisma é conduzida, disseram os médicos. "Esta tecnologia é ideal para situações em que preciso fazer uma volta de 180 graus a partir da posição do cateter na artéria parental, e manter a posição e reduzir o kick-out é fundamental", disse o Dr. David Santiago-Dieppa, neurocirurgião da UC San Diego Saúde. "Este avanço pode nos permitir tratar aneurismas, outras patologias cerebrais e até derrames que não fomos capazes no passado."

"Este tipo de precisão pode ser realizado com ferramentas direcionáveis ​​e a implantação bem-sucedida dessas ferramentas deve nos levar adiante permitindo um acesso melhorado, menor tempo de procedimento, melhor utilização da capacidade, menor exposição à radiação e outros benefícios relacionados e esperados", disse o Dr. Alexander Norbash, presidente do Departamento de Radiologia da UC San Diego Health.

As próximas etapas incluem um número estatisticamente significativo de testes em animais e o primeiro em humanos.

 

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