Eletrodos de implante cerebral de fibra de carbono são promissores em estudos com animais

    implancere108/07/2021 - Um minúsculo eletrodo de fibra de carbono implantável desenvolvido na Universidade de Michigan e demonstrado em ratos tem o potencial de fornecer uma interface cérebro-computador de longo prazo que pode capturar o escopo e as nuances dos sinais elétricos ao longo de longos períodos de Tempo. É um passo que pode um dia levar a avanços para humanos que aumentem a qualidade de vida de muitos: dando a amputados e portadores de lesão medular o controle de próteses avançadas, estimulando o nervo sacral para ...

    restaurar o controle da bexiga, estimulando o nervo vago cervical para tratar a epilepsia e fornecer estimulação cerebral profunda como um possível tratamento para o mal de Parkinson. A nova pesquisa mostra a promessa dos eletrodos de fibra de carbono no envio de sinais elétricos do cérebro de um rato para um computador externo sem danificar o tecido cerebral. O implante direto de eletrodos de fibra de carbono no cérebro captura sinais maiores e mais específicos do que as tecnologias atuais.

    "Existem interfaces por aí que podem ser implantadas diretamente no cérebro, mas, por uma variedade de razões, elas duram apenas de meses a alguns anos", disse Elissa Welle, uma recente Ph.D. graduado pelo Departamento de Engenharia Biomédica da U-M. "Sempre que você abre o crânio para um procedimento que envolve o cérebro, é um grande negócio."

    O silício é mais amplamente usado nos implantes cerebrais de hoje devido à sua capacidade de conduzir eletricidade e seu uso histórico em tecnologia de salas limpas. Mas o corpo humano vê o silício como uma substância estranha, o que significa que levará à formação de tecido cicatricial por longos períodos. Eventualmente, ele se degradará e não mais capturará os sinais do cérebro, exigindo a remoção. A fibra de carbono pode ser a resposta para a obtenção de sinais de alta qualidade com uma interface que dura anos, não meses. O carbono é um dos principais elementos do corpo, presente em moléculas orgânicas como proteínas, carboidratos e gorduras. E cortando a laser e afiando as fibras de carbono em minúsculos eletrodos subcelulares no laboratório com a ajuda de um pequeno maçarico, os engenheiros da U-M aproveitaram o potencial para excelente captura de sinal em uma forma que o corpo provavelmente aceitará.

    "Após a implantação, ele fica dentro do cérebro de uma forma que não interfere nos vasos sanguíneos ao redor, porque é menor do que esses vasos sanguíneos", disse Welle. "Eles se movem e se ajustam a um objeto tão pequeno, em vez de se rasgar como fariam ao encontrar implantes maiores." O tamanho menor é responsável por parte da compatibilidade do eletrodo no tecido cerebral, mas seu formato em forma de agulha também pode minimizar a compactação de qualquer tecido circundante. Foi demonstrado que eletrodos maiores à base de carbono existem no corpo e, na verdade, estimulam o tecido neural a crescer em vez de se degradar. A equipe da U-M tem esperança de que mais testes revelem potencial semelhante para seus eletrodos de fibra de carbono no cérebro e nos nervos.

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    Trabalhos anteriores da equipe U-M demonstraram a capacidade do eletrodo de capturar sinais do cérebro de um rato. Em um estudo anterior, os eletrodos de fibra de carbono superaram dramaticamente os eletrodos de silício convencionais com 34 por cento dos eletrodos registrando um sinal de neurônio em comparação com 3 por cento. O corte a laser aumentou esse número para 71 por cento nove semanas após a implantação. A nitidez de chamas agora permite que essas sondas de alto desempenho sejam implantadas diretamente no córtex cerebral, negando a necessidade de um auxílio de inserção temporário, ou lançadeira, bem como no nervo vago cervical do rato.

    O cérebro, com sua superfície grande e plana, é relativamente fácil de inserir eletrodos. Mas os engenheiros da U-M também assumiram a tarefa mais difícil de inserir os eletrodos de fibra de carbono afiados nos nervos - com diâmetros que podem ser tão pequenos quanto a espessura de vários fios de cabelo. Essas descobertas mostram que o potencial dos eletrodos do U-M vai além da manipulação protética, de acordo com Cindy Chestek, professora associada de engenharia biomédica da U-M e investigadora principal do Laboratório de Próteses Neurais Corticais.

    "Alguém que está paralisado pode não ter controle sobre coisas como a bexiga, por exemplo", disse Chestek. "Podemos utilizar esses eletrodos menores para estimular e registrar sinais de áreas que não podem ser alcançadas por aparelhos maiores, talvez o pescoço ou a medula espinhal, para ajudar a dar aos pacientes algum nível de controle." A pesquisa aparece na última edição do IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering. O artigo é intitulado: "Matrizes de eletrodos de fibra de carbono aguçadas e mecanicamente duráveis ​​para gravação neural."

    Fonte: https://medicalxpress.com/

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