Uma equipe de cientistas na Coréia e nos Estados Unidos inventou um dispositivo que pode controlar circuitos neurais usando um pequeno implante cerebral controlado por um smartphone. Os pesquisadores, que publicaram o artigo na Nature Biomedical Engineering, acreditam que o dispositivo pode acelerar os esforços para descobrir doenças cerebrais como Parkinson, Alzheimer, dependência, depressão e dor.
O dispositivo, usando cartuchos de drogas substituíveis tipo Lego e poderoso bluetooth de baixa energia, pode visar neurônios específicos de interesse usando drogas e luz por períodos prolongados.
“O dispositivo neural sem fio permite a neuromodulação química e ótica crônica que nunca foi alcançada antes”, disse o autor principal Raza Qazi, pesquisador do Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) e da Universidade de Colorado Boulder.
Qazi disse que essa tecnologia ofusca significativamente os métodos convencionais usados pelos neurocientistas, que geralmente envolvem tubos rígidos de metal e fibras ópticas para fornecer drogas e luz. Além de limitar o movimento do sujeito devido às conexões físicas com equipamentos volumosos, sua estrutura relativamente rígida causa lesão no tecido cerebral mole ao longo do tempo, tornando-os impróprios para implantação a longo prazo.
Embora alguns esforços tenham sido feitos para mitigar parcialmente a resposta adversa dos tecidos, incorporando sondas moles e plataformas sem fio, as soluções anteriores foram limitadas pela sua incapacidade de fornecer drogas por longos períodos de tempo, bem como suas configurações de controle volumosas e complexas.
Para conseguir o fornecimento crônico de medicamentos sem fio, os cientistas tiveram que resolver o desafio crítico da exaustão e evaporação dos medicamentos. Pesquisadores do Korea Advanced Institute of Science and Technology e da Universidade de Washington em Seattle colaboraram para inventar um dispositivo neural com um cartucho de drogas substituível, o que poderia permitir que os neurocientistas estudassem os mesmos circuitos cerebrais por vários meses sem se preocuparem em ficar sem drogas.
Esses cartuchos de drogas ‘plug-n-play’ foram montados em um implante cerebral para ratos com uma sonda macia e ultra fina (espessura de um cabelo humano), que consistia em canais microfluídicos e pequenos LEDs (menores que um grão de sal), para doses ilimitadas de drogas e distribuição de luz.
Controlados com uma interface de usuário elegante e simples em um smartphone, os neurocientistas podem facilmente acionar qualquer combinação específica ou sequenciamento preciso de entregas de luz e drogas em qualquer animal alvo implantado sem a necessidade de estar fisicamente dentro do laboratório. Usando esses dispositivos neurais sem fio, os pesquisadores também poderiam facilmente configurar estudos totalmente automatizados em animais onde o comportamento de um animal poderia afetar positiva ou negativamente o comportamento de outros animais por meio do disparo condicional da entrega de luz e/ou drogas.
“Este dispositivo revolucionário é fruto de um projeto eletrônico avançado e de uma poderosa engenharia de micro e nanoescala”, disse Jae-Woong Jeong, professor de engenharia elétrica da KAIST.
“Estamos interessados em desenvolver ainda mais esta tecnologia para fazer um implante cerebral para aplicações clínicas”.
Michael Bruchas, professor de anestesiologia, medicina da dor e farmacologia na Faculdade de Medicina da Universidade de Washington, disse que essa tecnologia ajudará os pesquisadores de muitas maneiras.
“Ela nos permite dissecar melhor a base do comportamento do circuito neural e como os neuromoduladores específicos no cérebro afinam o comportamento de várias maneiras”, disse ele. “Também estamos ansiosos para usar o dispositivo para estudos farmacológicos complexos, que poderiam nos ajudar a desenvolver novas terapêuticas para dor, dependência e distúrbios emocionais.
Os investigadores do grupo Jeong da KAIST desenvolvem eletrônica suave para dispositivos vestíveis e implantáveis, e os neurocientistas do laboratório Bruchas da Universidade de Washington estudam circuitos cerebrais que controlam o stress, depressão, dependência, dor e outras perturbações neuropsiquiátricas. Este esforço global de colaboração entre engenheiros e neurocientistas durante um período de três anos consecutivos e dezenas de iterações de design levou à validação bem sucedida deste poderoso implante cerebral em ratos em movimento livre, que os pesquisadores acreditam que pode realmente acelerar a descoberta do cérebro e suas doenças.
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