Pesquisadores da ETH Zurique demonstraram pela primeira vez que microveículos podem ser conduzidos através de vasos sanguíneos no cérebro de camundongos usando ultrassom. Eles esperam que isso eventualmente leve a tratamentos capazes de administrar medicamentos com extrema precisão. O estudo deles foi publicado na Nature Communications .



Tumores cerebrais, hemorragias cerebrais e condições neurológicas e psicológicas são muitas vezes difíceis de tratar com medicamentos. E mesmo quando estão disponíveis medicamentos eficazes, estes tendem a ter efeitos secundários graves porque circulam por todo o cérebro e não apenas pela área que pretendem tratar.

À luz desta situação, os investigadores têm grandes esperanças de um dia poder fornecer uma abordagem mais direcionada que entregue medicamentos em locais definidos de forma muito específica. Para tanto, estão em processo de desenvolvimento de minitransportadores que possam ser guiados pelo denso labirinto de vasos sanguíneos.

Pesquisadores da ETH Zurique, da Universidade de Zurique e do Hospital Universitário de Zurique conseguiram agora, pela primeira vez, guiar microveículos através dos vasos sanguíneos do cérebro de um animal usando ultrassom.

Ultrassom em vez de magnetismo

Em comparação com tecnologias de navegação alternativas, como as baseadas em campos magnéticos, o ultrassom oferece alguns benefícios. Daniel Ahmed, professor de Robótica Acústica na ETH Zurique e supervisor do estudo, explica:“Além de ser amplamente utilizado na área médica, o ultrassom é seguro e penetra profundamente no corpo”.

Para seu microveículo, Ahmed e seus colegas usaram microbolhas cheias de gás revestidas de lipídios – as mesmas substâncias de que são feitas as membranas celulares biológicas. As bolhas têm diâmetro de 1,5 micrômetros e atualmente são usadas como material de contraste em imagens de ultrassom.

Como os investigadores demonstraram agora, estas microbolhas podem ser guiadas através dos vasos sanguíneos. “Uma vez que estas bolhas, ou vesículas, já estão aprovadas para utilização em humanos, é provável que a nossa tecnologia seja aprovada e utilizada em tratamentos para humanos mais rapidamente do que outros tipos de microveículos atualmente em desenvolvimento”, diz Ahmed.

Outro benefício das microbolhas guiadas por ultrassom é que elas se dissolvem no corpo depois de realizarem seu trabalho. Ao usar outra abordagem, os campos magnéticos, os microveículos têm que ser magnéticos, e não é fácil desenvolver microveículos biodegradáveis. Além disso, as microbolhas desenvolvidas pelos pesquisadores da ETH Zurich são pequenas e lisas. “Isso torna mais fácil guiá-los ao longo de capilares estreitos”, diz Alexia Del Campo Fonseca, estudante de doutorado no grupo de Ahmed e principal autora do estudo.

Indo contra o fluxo

Nos últimos anos, Ahmed e seu grupo têm trabalhado em laboratório para desenvolver seu método para guiar microbolhas através de vasos estreitos. Agora, em colaboração com investigadores da Universidade de Zurique e do Hospital Universitário de Zurique, testaram este método em vasos sanguíneos no cérebro de ratos. Os pesquisadores injetaram as bolhas no sistema circulatório dos roedores, onde são levadas pela corrente sanguínea sem qualquer ajuda externa.

No entanto, os pesquisadores conseguiram usar o ultrassom para manter as bolhas no lugar e guiá-las através dos vasos cerebrais na direção contrária ao fluxo sanguíneo. Os pesquisadores conseguiram até guiar as bolhas através de vasos sanguíneos complicados ou fazer com que mudassem de direção várias vezes, a fim de direcioná-las para os ramos mais estreitos da corrente sanguínea.

Para controlar os movimentos dos microveículos, os pesquisadores também anexaram quatro pequenos transdutores na parte externa do crânio de cada rato. Esses dispositivos geram vibrações na faixa ultrassônica, que se espalham pelo cérebro na forma de ondas. Em certos pontos do cérebro, as ondas emitidas por dois ou mais transdutores podem amplificar-se ou anular-se mutuamente. Os pesquisadores guiam as bolhas usando um método sofisticado de ajuste da saída de cada transdutor individual. Imagens em tempo real mostram em que direção as bolhas estão se movendo.

Para criar a imagem para este estudo, os pesquisadores usaram microscopia de dois fótons. No futuro, eles também querem usar o próprio ultrassom para geração de imagens e planejam aprimorar a tecnologia de ultrassom para essa finalidade.

Neste estudo, as microbolhas não foram equipadas com medicamentos. Os pesquisadores queriam primeiro mostrar que poderiam guiar os microveículos ao longo dos vasos sanguíneos e que esta tecnologia é adequada para uso no cérebro. É aí que existem aplicações médicas promissoras, inclusive no tratamento de câncer, acidente vascular cerebral e problemas psicológicos.

O próximo passo dos pesquisadores será fixar as moléculas do medicamento na parte externa do invólucro da bolha para transporte. Eles querem aprimorar todo o método até o ponto em que possa ser usado em humanos, esperando que um dia ele forneça a base para o desenvolvimento de novos tratamentos.

Mais informações: Alexia Del Campo Fonseca et al, Captura por ultrassom e navegação de microrobôs na vasculatura cerebral de camundongos, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-41557-3
Informações do diário: Comunicações da Natureza

Fornecido por ETH Zurique