A síndrome do desconforto respiratório agudo requer ação imediata. Em uma situação de emergência como esta, os pacientes costumam ser ventilados com uma máquina de coração-pulmão. Isso envolve a circulação do sangue fora do corpo, adicionar oxigênio e remover dióxido de carbono através das membranas. Uma equipe de pesquisadores do Instituto Fraunhofer para Pesquisa de Polímeros Aplicada IAP desenvolveu um novo tipo de estrutura de membrana que permite a troca gasosa mais rápida para tornar a oxigenação do sangue mais fácil para os pacientes.

Pacientes pulmonares gravemente enfermos que sofrem de síndrome da angústia respiratória aguda são ventilados artificialmente usando um aparelho médico - os profissionais médicos referem-se a este procedimento como oxigenação por membrana extracorpórea (ECMO), uma alternativa à respiração tradicional da máquina. Envolve tirar sangue do corpo por meio de um tubo, enriquecendo o sangue com oxigênio e removendo dióxido de carbono fora do corpo usando um oxigenador de membrana, em seguida, reintroduzindo o sangue de volta na corrente sanguínea por meio de um segundo tubo. Este procedimento é extremamente exigente para os pacientes e só pode ser realizado por um curto período.

Estruturas de membrana assimétricas para alta troca de oxigênio

Pesquisadores do Fraunhofer IAP em Potsdam estabeleceram para si mesmos o objetivo de tornar esse processo mais suave para os pacientes. Em nome da empresa austríaca CCORE Technology, estão desenvolvendo morfologias de membrana capazes de intensificar o suporte ventilatório. As membranas comerciais têm uma estrutura simétrica e são projetadas para uma troca lenta de oxigênio. "Portanto, estamos criando estruturas assimétricas com características que permitem trocas gasosas muito mais rápidas do que as membranas convencionais, "diz Murat Tutuş, pesquisador do Fraunhofer IAP. "Nosso USP é que podemos fabricar uma estrutura de membrana direcionada de vários polímeros."

Ao contrário das membranas simétricas, que são intrinsecamente homogêneos, membranas assimétricas são diferenciadas por serem heterogêneas, porosidade não uniforme. Em direção à camada de separação, a estrutura é caracterizada por pequenas cavidades, abaixo do qual existem grandes cavidades que são abertas por baixo. O gás é rapidamente transportado por convecção para a proximidade da camada de separação através do grande, cavidades abertas, onde posteriormente tem que viajar apenas uma curta distância lentamente por difusão para a camada de separação através das pequenas bolhas. Depois disso, os gases passam para o outro meio através de uma camada ultrafina. "Nossas membranas têm uma estrutura feita sob medida para o material de membrana desejado. Consequentemente, nossa membrana possui permeabilidade a gases excepcionalmente alta e alta estabilidade mecânica. Além do mais, o material da membrana é inerte e macio, assim como idealmente deveria ser para um material que entra em contato com sangue, "explica o engenheiro.

A estrutura foi inicialmente implementada em membranas planas usando o método de precipitação padrão para facilitar o subsequente aumento de escala fácil e econômico. Para obter a morfologia que procuravam, a equipe de pesquisa usou polímeros convencionais e não convencionais e ajustou os parâmetros do processo de acordo. "O transporte de oxigênio foi quadruplicado nas condições definidas. Ao mesmo tempo, as membranas fabricadas tinham uma estabilidade de pressão de pelo menos 7 bar, mas geralmente superior a 10 bar TMP (pressão transmembrana), "diz Murat Tutuş.

Membrana rebentável na aorta

Na próxima etapa, os pesquisadores querem transformar o processo de oxigenação do sangue de extracorpóreo em intracorpóreo. Isso significa miniaturizar a membrana feita de fibras ocas de tal forma que ela possa ser colocada na aorta, que tem um diâmetro de cerca de um centímetro. "O desafio consiste em criar morfologias de membrana que possam garantir um transporte muito alto de oxigênio sobre uma pequena superfície, "diz Murat Tutuş. Como isso não é possível com membranas planas, o pesquisador e sua equipe estão adaptando a estrutura para membranas de fibra oca. Para este fim, a equipe está desenvolvendo especialmente uma máquina de fiar de fibra oca no instituto em colaboração com seu colega Dr. André Lehmann. A máquina deve ser comissionada no início de 2020.

Como as morfologias da membrana podem ser adaptadas a requisitos específicos, as camadas de separação também são adequadas para outras aplicações médicas, como diálise ou determinação dos níveis de açúcar no sangue. Mas os usos industriais também são concebíveis - por exemplo, as membranas de fibra oca podem ser adaptadas para purificação de água ou como filtros de ar.