Uma nova geração de microimplantes

Eles são apenas do tamanho de uma miniatura, capazes de se comunicar e responder uns aos outros, e projetados para facilitar a vida de pessoas com limitações funcionais. Estamos falando de uma nova geração de microimplantes interativos desenvolvidos pelo cluster de inovação INTAKT, apoiado pelo Ministério Federal Alemão de Educação e Pesquisa (BMBF) e coordenado pelo Fraunhofer Institute for Biomedical Engineering IBMT. Esses assistentes em miniatura podem atuar como um estímulo em casos de zumbido ou distúrbios do trato digestivo ou ajudar a mão de uma pessoa a recuperar a capacidade de preensão.

O desenvolvimento de minúsculos auxiliares que podem ser implantados no corpo visa melhorar a qualidade de vida de pessoas com limitações funcionais. Implantes ativos, como marcapassos cerebrais ou cardíacos, podem estimular os nervos por meio de pulsos elétricos. Ao contrário de muitos medicamentos, eles têm um efeito local direto. Como funcionam com sinais elétricos, praticamente não apresentam efeitos colaterais. No entanto, eles têm algumas desvantagens: por exemplo, as conexões de cabo entre o implante central e os eletrodos podem quebrar e suas baterias precisam ser substituídas regularmente.

O cluster de inovação INTAKT (Interactive Microimplants) foi estabelecido com o objetivo de desenvolver uma nova geração de microimplantes ativos, conectados sem fio, que podem ser implantados no corpo por toda a vida. Liderados por Fraunhofer IBMT, os 18 parceiros do cluster da indústria, ciência e setor médico desenvolveram uma rede de até doze microimplantes que podem se comunicar uns com os outros sem fio, com segurança e em tempo real.

Os pacientes podem adaptar os implantes às suas próprias necessidades

Além de se comunicarem, os implantes também permitem que o paciente e o médico se comuniquem com a rede externa a qualquer momento. “O paciente pode configurar seus implantes para atender às suas necessidades atuais a qualquer momento por meio de seu laptop ou smartphone e otimizar seu tratamento ou processo de recuperação em consulta com seu médico”, explica o Prof. Klaus-Peter Hoffmann, ex-chefe de Engenharia Biomédica do Fraunhofer IBMT . Isso permite que médicos e pacientes colaborem em igualdade de condições.

Para o projeto de pesquisa conjunta do INTAKT, os parceiros do cluster escolheram três áreas de aplicação: tratar o zumbido estimulando a cóclea, aliviar distúrbios de motilidade estimulando, retardando ou coordenando evacuaçõese restaurando pelo menos parcialmente a capacidade de preensão da mão em casos de paraplegia.

No tratamento do zumbido, o paciente recebe um implante para cada orelha. Os implantes estimulam a janela redonda da cóclea no ouvido interno, modulando a atividade do nervo auditivo e “amortecendo” o ruído fantasma que torna a vida cotidiana tão miserável para aproximadamente dez milhões de pessoas na Alemanha. Distúrbios da motilidade gastrointestinal – distúrbios do movimento no trato gastrointestinal – podem ocorrer após cirurgia abdominal em pacientes diabéticos ou paraplégicos. O tratamento consiste na colocação de implantes em pontos estratégicos da trato gastrointestinal, onde cada um coleta dados sobre a atividade de uma seção do sistema do paciente e, em seguida, envia essas informações para uma unidade de controle central. Esta unidade analisa os dados e instrui os implantes correspondentes a estimular a parte afetada do trato intestinal, garantindo que o processo digestivo ocorra da maneira mais suave possível.

A rede de microimplante estimula os músculos do antebraço

A restauração parcial da função de preensão de um paciente é um desafio particularmente complexo. Para resolver isso, os músculos do antebraço podem ser estimulados por até doze microimplantes, restaurando até oito movimentos da mão. O paciente controla os movimentos das mãos por meio de um sistema de rastreamento ocular em que determinados movimentos dos olhos, pálpebras e cabeça enviam comandos para a unidade de controle central, que então envia as instruções correspondentes para a rede de implantes.

“Desenvolver uma rede de implantes trouxe várias vantagens”, explica Roman Ruff, engenheiro elétrico e gerente de grupo da Fraunhofer IBMT. Uma delas é a bioestabilidade aprimorada: “Integramos os sensores e atuadores diretamente no invólucro do dispositivo para evitar a necessidade de conexões de cabos frágeis”. Os implantes interagem entre si por meio de sinais sem fio e infravermelho. O Fraunhofer Institute for Integrated Circuits IIS desenvolveu um circuito integrado de aplicação específica (ASIC) altamente miniaturizado para os implantes. O ASIC pode detectar e transmitir biosinais de áreas como os músculos do braço ou o estômago e intestinos, ao mesmo tempo em que aciona os sinais elétricos necessários para estimulá-los.

As baterias carregam de forma indutiva e adaptativa

A questão do fornecimento de energia, no entanto, está travando o processo de desenvolvimento dessas miniaturas de alta tecnologia. As baterias ocupam espaço e precisam ser substituídas regularmente. Isso é particularmente problemático quando se trata de uma rede de implantes porque o consumo de energia de cada dispositivo é diferente dependendo de como é usado. O cluster INTAKT está optando pelo carregamento indutivo. Isso significa que a unidade de controle central pode fornecer energia de forma confiável à rede de implantes, 24 horas por dia. Em cada uma das três aplicações descritas acima, o paciente pode usar esta estação base como um manguito ao redor do braço ou abdômen ou como um dispositivo de ouvido.

“Este fornecimento externo de energia garante que a rede de implantes permaneça estável a longo prazo”, enfatiza o Prof. Hoffmann. “Além disso, o suprimento de energia é adaptável – cada indivíduo implantar recebe a quantidade exata de energia de que necessita.” Em caso de emergência, os implantes incluem uma bateria para armazenamento tampão; esta também é carregada através do sistema indutivo em intervalos regulares.

Testes pré-clínicos iniciais e testes com usuários experimentais demonstraram que os aplicativos desenvolvidos até agora pelo cluster INTAKT funcionam como deveriam. Este é apenas o primeiro passo no longo caminho que termina em colocar o desenvolvimento na prática clínica para que possa ser usado para ajudar os pacientes.