Um sensor implantável tem velocidade e precisão para rastrear uma substância química do cérebro conhecida por ser elevada em certas doenças cerebrais e após uma lesão na medula espinhal. Crédito:Purdue University image / Tran Nguyen
Suas chances de ter uma forte enxaqueca aumentam após uma lesão na medula espinhal, graças a um mensageiro químico no cérebro que atinge níveis tóxicos, estudos anteriores sugeriram.
Para que o tratamento melhore, os pesquisadores precisam pegar aquele pico de fração de segundo em ação e seguir de perto seu caminho de destruição.
Os engenheiros da Purdue University construíram um pequeno, sensor flexível que é mais rápido e preciso do que as tentativas anteriores de rastrear este produto químico, chamado glutamato. O sensor, um dispositivo implantável na medula espinhal, é principalmente uma ferramenta de pesquisa para testes em modelos animais, mas poderia encontrar uso clínico futuro como uma forma de monitorar se um medicamento para neurotrauma ou doença cerebral está funcionando.
O trabalho do grupo aparece em uma próxima edição da Biossensores e bioeletrônica .
"Quando você sentir que está com febre, não importa quando você verifica sua temperatura - provavelmente será a mesma por várias horas. Mas um pico de glutamato é tão rápido que se você não capturá-lo naquele momento, você perde toda a oportunidade de obter dados, "disse Riyi Shi, um professor de neurociência e engenharia biomédica no Departamento de Ciências Médicas Básicas de Purdue, College of Veterinary Medicine e Weldon School of Biomedical Engineering.
Impacto, como em um acidente de carro ou um tackle no futebol, pode ferir a medula espinhal - também ferindo as estruturas nervosas que transportam o glutamato, que envia sinais para excitar o tecido nervoso para realizar funções como aprender e memorizar.
Estruturas nervosas danificadas significam que cargas de glutamato vazam para espaços fora das células, excessivamente excitante e prejudicial a eles. Doenças cerebrais, incluindo Alzheimer e Parkinson, também mostram níveis elevados de glutamato.
Os dispositivos até agora não foram sensíveis o suficiente para detectar glutamato, rápido o suficiente para capturar seu pico ou acessível o suficiente para projetos de pesquisa de longo prazo.
Os pesquisadores da Purdue estão lidando com esses problemas por meio de sensores implantáveis impressos em 3D e microusinados a laser - processos que já são usados regularmente no laboratório e na indústria.
"Queríamos criar uma maneira de baixo custo e muito rápida de construir esses sensores para que possamos facilmente fornecer aos pesquisadores um meio de medir os níveis de glutamato in vivo, "disse Hugh Lee, um professor assistente de engenharia biomédica de Purdue, que se concentra em microtecnologias implantáveis.
A técnica permite que os pesquisadores mudem rapidamente o tamanho, forma e orientação dos sensores e, em seguida, teste em modelos animais sem ter que passar pelo processo mais caro de microfabricação.
Medir os níveis in vivo ajudaria os pesquisadores a estudar como as lesões da medula espinhal acontecem, e também como as doenças cerebrais se desenvolvem.
A nova tecnologia de sensor implantada em modelos animais pode ajudar os pesquisadores a entender o papel que o glutamato químico do cérebro desempenha no neurotrauma, aconselhar um tratamento mais especializado. Crédito:Purdue University image / Tran Nguyen
"Quão grande é o problema da enxaqueca? O excesso de glutamato está realmente por trás da dor, ou será que o sistema que limpa o glutamato está desativado? ”, disse Shi.
Os pesquisadores implantaram o dispositivo na medula espinhal de um modelo animal e, em seguida, feriram a medula para observar um pico. O dispositivo capturou o pico imediatamente, enquanto para os dispositivos atuais, os pesquisadores tiveram que esperar 30 minutos para obter os dados depois de danificar a medula espinhal.
No futuro, os pesquisadores planejam criar uma maneira de os biossensores se auto-limparem das células inflamatórias que o corpo recruta para se proteger. Essas células normalmente formam uma cápsula fibrosa em torno do biossensor, que bloqueia sua sensibilidade.
A tecnologia também pode permitir a implantação de mais sensores ao longo da medula espinhal, o que ajudaria os pesquisadores a saber até que ponto o glutamato se espalha e com que rapidez.
Os pesquisadores entraram com um pedido de patente para este dispositivo no Escritório de Comercialização de Tecnologia da Purdue Research Foundation. O trabalho foi apoiado pelo programa Global Research Outreach do Samsung Advanced Institute of Technology, os Institutos Nacionais de Saúde, e patrocinado em parte pela National Science Foundation sob a concessão CNS-1726865.
