Engenheiros da Universidade Northwestern criaram um marca-passo tão pequeno que cabe na ponta de uma seringa e pode ser injetado no corpo de forma não invasiva.
Esse marca-passo é adequado para corações de todos os tamanhos, mas é especialmente eficaz para os delicados corações de bebês recém-nascidos com defeitos cardíacos congênitos. Ele é menor que um grão de arroz e vem com um dispositivo macio e flexível que é colocado no peito do paciente para controlar os batimentos cardíacos.
Quando o dispositivo wearable percebe um batimento irregular, ele emite pulsos de luz que ativam o marca-passo. Esses pulsos penetram a pele, o esterno e os músculos do paciente, ajudando a regular os batimentos cardíacos.
Esse marca-passo foi desenvolvido para quem precisa de um suporte temporário. Ele se dissolve naturalmente no corpo assim que não é mais necessário. Todas as partes do dispositivo são biocompatíveis, o que significa que se dissolvem nos fluidos corporais, eliminando a necessidade de uma cirurgia para removê-lo.
O estudo sobre o marca-passo será publicado em abril na revista científica Nature. O artigo demonstra como o dispositivo funciona em modelos de animais e em corações humanos de doadores falecidos.
O pesquisador John A. Rogers, que liderou o desenvolvimento, comentou que o marca-passo é o menor do mundo. Ele explica que há uma grande demanda por marca-passos temporários, especialmente em cirurgias cardíacas pediátricas. Para esses casos, quanto menor o dispositivo, melhor.
Igor Efimov, cardiologista experimental que também coordenou a pesquisa, destacou que cerca de 1% das crianças nascem com defeitos cardíacos. A boa notícia é que esses pequenos apenas precisam de um marca-passo temporário após a cirurgia. Em cerca de sete dias, a maioria dos corações se repara sozinha. Durante esses dias, o novo marca-passo pode ser colocado no coração da criança sem a necessidade de cirurgia adicional.
Rogers é professor de Engenharia de Materiais e de Engenharia Biomédica na Northwestern, e é também diretor de um instituto de bioeletrônica. Efimov, por sua vez, é professor na mesma universidade. Juntos, eles lideraram o estudo junto com outros pesquisadores.
Atendendo a uma necessidade clínica
Esse trabalho é uma continuidade de uma parceria anterior entre Rogers e Efimov, onde eles desenvolveram o primeiro dispositivo dissolvível para marca-passo temporário. Muitos pacientes precisam de marca-passos temporários após cirurgias cardíacas para ajudar a restaurar um ritmo normal durante a recuperação.
O padrão atual requer que os cirurgiões costurem eletrodos no músculo cardíaco durante a cirurgia. Fios saem da parte frontal do peito do paciente, conectando-se a uma caixa externa que controla o ritmo do coração.
Quando o marca-passo temporário não é mais necessário, os médicos removem os eletrodos. Isso pode causar complicações, como infecções, deslocamento e danos aos tecidos. Efimov explica que os fios ficam expostos no corpo, o que pode causar danos quando são retirados.
Para resolver essa necessidade clínica, Rogers e Efimov desenvolveram o marca-passo dissolvível, apresentado em 2021. Esse dispositivo mais leve e flexível elimina a necessidade de baterias grandes e componentes rígidos. O laboratório de Rogers já havia criado eletrônicos bioabsorvíveis – isso significa que eles têm um benefício terapêutico e se dissolvem no corpo, como fios absorvíveis.
Bateria funcionando com fluidos corporais
O primeiro marca-passo dissolvível funcionou bem em estudos, mas cirurgiões queriam um dispositivo ainda menor, ideal para os pacientes mais jovens. O modelo anterior era alimentado por tecnologia de comunicação sem fio, que precisava de uma antena.
Rogers explicou que a versão original tinha um bom desempenho, mas a antena limitava a miniaturização. Em vez de usar rádio frequências, a equipe desenvolveu uma forma de ativar o pacemaker usando luz. Essa mudança foi fundamental para reduzir o tamanho do dispositivo.
Para diminuir ainda mais o dispositivo, os pesquisadores repensaram sua fonte de energia. Em vez de usar tecnologia de comunicação próxima, o novo marca-passo conta com uma célula galvânica, uma bateria simples que transforma energia química em elétrica. Os dois metais usados como eletrodos entregam pulsos elétricos ao coração. Quando molhados, eles formam uma bateria que gera energia.
Quando implantado, os fluidos do corpo agem como eletrólito, unindo as duas extremidades metálicas. Um pequeno interruptor ativado por luz permite que o dispositivo passe do estado “desligado” para “ligado” quando a luz é emitida pelo dispositivo que o controla.
Pulsos de luz
A equipe usou luz infravermelha, que penetra bem e com segurança no corpo. Se a frequência cardíaca do paciente cai, o dispositivo wearable detecta e ativa um LED que pisca no ritmo do coração normal.
A luz infravermelha é eficaz, já que o corpo conduz bem a luz. Por isso, mesmo sendo minúsculo, o marca-passo pode fornecer estímulos semelhantes aos de um modelo grande.
Rogers enfatiza que o coração precisa de um estímulo elétrico muito pequeno. Ao reduzir o tamanho, isso simplifica os procedimentos de implantação e diminui os riscos para os pacientes, além de eliminar a necessidade de uma segunda cirurgia para a remoção.
Sincronização mais sofisticada
A tecnologia dos dispositivos é tão pequena que os médicos podem colocar vários deles no coração. Um tipo específico de luz pode controlar cada marca-passo de forma independente. Isso permite a sincronização mais refinada do ritmo do coração, algo diferente de como os marca-passos tradicionais funcionam. Em casos especiais, diferentes áreas do coração podem ser estimuladas em ritmos distintos.
Efimov ressalta que é possível implantar um grupo desses mini marca-passos do lado de fora do coração e controlá-los individualmente. Isso proporciona um cuidado funcional mais sincronizado. Além disso, esses marca-passos podem ser integrados a outros dispositivos médicos, como substituições de válvulas cardíacas.
Rogers acrescenta que, por serem tão pequenos, esses dispositivos podem se encaixar em quase qualquer tipo de implante. Já foi demonstrado que eles podem ser integrados a estruturas usadas em válvulas aórticas, ativando-se conforme necessário para tratar complicações durante a recuperação do paciente.
Possibilidades futuras
A versatilidade dessa tecnologia abre espaço para uma ampla gama de aplicações na medicina bioeletrônica, como ajudar na recuperação de nervos e ossos, tratar feridas e controlar a dor.
O estudo sobre esses dispositivos miniaturizados e bioabsorvíveis para eletroterapia representa um avanço significativo na área. As inovações podem beneficiar muitos pacientes, especialmente as crianças, melhorando a qualidade de vida e reduzindo complicações associadas a procedimentos invasivos.