Nova abordagem de imagem óptica não invasiva para monitorar a saúde do cérebro em pacientes com traumatismo cranioencefálico

Diagrama de blocos de configuração óptica para medições laboratoriais in vitro. Crédito: Ciências Aplicadas (2022). DOI: 10.3390/app121910122

O Prof. Mohammed N. Islam lidera uma equipe de pesquisadores que desenvolveram um novo meio econômico, portátil e não invasivo de monitorar simultaneamente o metabolismo e a hemodinâmica cerebral, tecidual e de órgãos. A ferramenta, um sistema não invasivo de espectroscopia infravermelha supercontínua de citocromo C-oxidase (SCISCCO), pode auxiliar na detecção precoce de lesões cerebrais ou disfunção neuronal e pode monitorar continuamente a saúde do cérebro para ajudar a orientar terapias e tratamentos para lesões.

“Hemorragia interna devido a lesões traumáticas é uma das principais causas de mortes evitáveis”, disse Islam. “Nosso método não invasivo para monitorar o metabolismo dos tecidos pode ajudar a melhorar o diagnóstico e monitoramento de condições como concussões, derrame, lesão cerebral traumática e outras condições médicas.”

A lesão cerebral traumática (TCE) resulta em dano estrutural ao cérebro. Os pacientes requerem intervenção médica imediata, evacuação e tratamento intensivo, e muitos precisarão de assistência ao longo da vida após a recuperação. Embora o TCE possa acontecer com qualquer um, é conhecido como o ferimento característico dos veteranos das guerras no Iraque e no Afeganistão. O Departamento de Defesa relata que mais de 320.000 soldados sofreram TCEs de 2010 a 2015. No entanto, os militares ainda não têm uma maneira objetiva de diagnosticá-lo no campo.

Além disso, três quartos dos sobreviventes de traumatismo cranioencefálico sofrem um leve traumatismo crâniano (mTBI) ou concussão. A concussão é difícil de diagnosticar, pois envolve uma breve mudança no estado mental sem nenhum dano estrutural observável no cérebro. No entanto, os indivíduos com concussão ainda podem sofrer de desafios cognitivos ou psicológicos ao longo da vida, como problemas de memória e transtorno de estresse pós-traumático.

Métodos atuais para monitorar mudanças em fluxo sanguíneo para o cérebro dependem de sistemas de neuroimagem hemodinâmica, mas esses sistemas não podem detectar alterações no próprio tecido neural. Isso pode resultar em doenças ou lesões não detectadas e, portanto, não tratadas. Para resolver esse problema, a equipe de Islam concentrou-se em medir os marcadores opticamente ativos da função celular, como os citocromos.

A citocromo C-oxidase (CCO) é uma enzima fotossensível responsável por mais de 95% do metabolismo do oxigênio no corpo. A concentração de CCO também é significativamente maior no cérebro do que nos tecidos extracerebrais. Portanto, o metabolismo neural pode ser medido pela captura de alterações no CCO, e medições simultâneas de estados redox de CCO e hemoglobina podem fornecer informações adicionais sobre o metabolismo e a hemodinâmica do cérebro, o que pode auxiliar no diagnóstico e tratamento de lesões ou doenças neurológicas.

Os meios convencionais de medir o CCO dependem de fontes de luz baseadas em lâmpadas para fornecer a iluminação, mas esses sistemas geralmente apresentam uma relação sinal-ruído ruim. A equipe de Islam, por outro lado, usa uma fonte de luz supercontínua totalmente integrada em fibra para uma abordagem de imagem óptica não invasiva. Essa abordagem melhora muito as relações sinal/ruído e resulta em medições mais definitivas de CCO. O resultado é o sistema Super-Continuum Infrared Spectroscopy of Cytochrome C-Oxidase (SCISCCO).

“Nosso sistema pode fornecer uma melhoria de quase uma ordem de magnitude no brilho em comparação com as lâmpadas de tungstênio-halogênio normalmente empregadas para medições de CCO”, disse Islam.

O sistema SCISCCO também é extremamente versátil.

“O sistema SCISCCO pode ser aplicado a uma variedade de usos, desde servir como uma nova ferramenta para triagem de pacientes com concussão – como ser usado nos resultados do teste de atenção cognitiva – até o uso em um unidade de Tratamento Intensivo para avaliar a resposta do órgão de um paciente aos tratamentos”, disse Islam.

Especificamente, ele pode realizar medições de CCO, hemoglobina oxigenada (HbO) e hemoglobina desoxigenada (HbR) para determinar a função metabólica de qualquer órgão, como fígado, rim, coração e pulmões. Também pode ser usado para medir e monitorar a função metabólica dos tecidos, como tecido muscular, tecido nervoso e tecidos epiteliais.

A equipe de Islam está atualmente realizando estudos humanos em uma unidade de terapia intensiva (UTI) com o departamento de Neurocirurgia da UM.

O artigo “Monitoramento não invasivo do metabolismo e hemodinâmica usando espectroscopia infravermelha supercontínua de um instrumento citocromo C oxidase (SCISCCO)” foi publicado em Ciências Aplicadas.