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A manga robótica macia torce e comprime em sincronia com o batimento cardíaco, aumentando as funções cardiovasculares enfraquecidas pela insuficiência cardíaca. Ao contrário dos dispositivos atualmente disponíveis que auxiliam a função cardíaca, a manga robótica macia de Harvard não entra em contato direto com o sangue.
Uma equipe de pesquisadores da Universidade de Harvard e do Hospital Infantil de Boston desenvolveu um robô macio personalizável que se ajusta ao coração e o ajuda a bater, abrindo potencialmente novas opções de tratamento para pessoas que sofrem de insuficiência cardíaca.
A manga robótica macia torce e comprime em sincronia com o batimento cardíaco, aumentando as funções cardiovasculares enfraquecidas pela insuficiência cardíaca. Ao contrário dos dispositivos atualmente disponíveis que auxiliam a função cardíaca, a manga robótica macia de Harvard não entra em contato direto com o sangue. Isso reduz o risco de coagulação e elimina a necessidade de o paciente tomar medicamentos anticoagulantes potencialmente perigosos. O dispositivo poderá um dia ser capaz de conectar um paciente ao transplante ou ajudar na reabilitação e recuperação cardíaca.
“Esta pesquisa demonstra que o crescente campo da robótica leve pode ser aplicado às necessidades clínicas e potencialmente reduzir o fardo das doenças cardíacas e melhorar a qualidade de vida dos pacientes”, disse Ellen T. Roche, primeira autora do artigo e ex-Ph. D. estudante da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas John A. Paulson de Harvard (SEAS) e do Instituto Wyss de Engenharia Biologicamente Inspirada. Roche é atualmente pós-doutoranda na Universidade Nacional da Irlanda.
A pesquisa, publicado na Science Translational Medicinefoi uma colaboração entre o SEAS, o Wyss Institute e o Boston Children's Hospital.
“Este trabalho representa um resultado emocionante de prova de conceito para este robô macio, demonstrando que ele pode interagir com segurança com tecidos moles e levar a melhorias na função cardíaca. Prevemos muitas outras aplicações futuras onde tais dispositivos possam fornecer mecanoterapia dentro e fora do corpo”, disse Conor Walsh, autor sênior do artigo, John L. Loeb Professor Associado de Engenharia e Ciências Aplicadas no SEAS, e membro principal do corpo docente da o Instituto Wyss.
A insuficiência cardíaca afeta 41 milhões de pessoas em todo o mundo. Hoje, algumas das opções de tratamento são bombas mecânicas chamadas dispositivos de assistência ventricular (VADs), que bombeiam o sangue dos ventrículos para a aorta, e transplantes de coração. Embora os VADs estejam melhorando continuamente, os pacientes ainda apresentam alto risco de coágulos sanguíneos e acidente vascular cerebral.
Para criar um dispositivo totalmente novo que não entre em contato com o sangue, os pesquisadores de Harvard se inspiraram no próprio coração. A fina manga de silicone utiliza atuadores pneumáticos macios colocados ao redor do coração para imitar as camadas musculares externas do coração dos mamíferos. Os atuadores torcem e comprimem a manga em um movimento semelhante ao batimento cardíaco.
O dispositivo é conectado a uma bomba externa, que utiliza ar para alimentar os atuadores suaves.
A manga pode ser personalizada para cada paciente, disse Roche. Se um paciente apresentar mais fraqueza no lado esquerdo do coração, por exemplo, os atuadores podem ser ajustados para dar mais assistência nesse local. A pressão dos atuadores também pode aumentar ou diminuir com o tempo, conforme a condição do paciente evolui.
A manga é fixada ao coração por meio de uma combinação de um dispositivo de sucção, suturas e uma interface de gel para ajudar na fricção entre o dispositivo e o coração.
Demonstração in vivo de assistência cardíaca
Os engenheiros da SEAS e da Wyss trabalharam com cirurgiões do Hospital Infantil de Boston para desenvolver o dispositivo e determinar as melhores formas de implantá-lo e testá-lo em modelos animais.
“A área cardíaca se afastou da ideia de desenvolver compressão cardíaca em vez de VADs de bombeamento sanguíneo devido a limitações tecnológicas, mas agora, com os avanços na robótica leve, é hora de voltar atrás”, disse Frank Pigula, cirurgião cardiotorácico e co-correspondente. autor do estudo, que anteriormente foi diretor clínico de cirurgia cardíaca pediátrica no Boston Children's Hospital e agora é membro do corpo docente da Universidade de Louisville e chefe da divisão de cirurgia cardíaca pediátrica do Norton Children's Hospital. “A maioria das pessoas com insuficiência cardíaca ainda tem alguma função; um dia, a manga robótica poderá ajudar o coração a funcionar bem o suficiente para que a qualidade de vida possa ser restaurada.”
Mais pesquisas precisam ser feitas antes que a manga possa ser implantada em humanos, mas a pesquisa é um primeiro passo importante em direção a um robô macio implantável que pode aumentar a função do órgão.
O Escritório de Desenvolvimento Tecnológico de Harvard apresentou um pedido de patente e está buscando ativamente oportunidades de comercialização.
“Esta investigação é realmente significativa neste momento porque cada vez mais pessoas estão a sobreviver a ataques cardíacos e a acabar com insuficiência cardíaca”, disse Roche. “Dispositivos robóticos flexíveis são ideais para interagir com tecidos moles e fornecer assistência que pode ajudar no aumento da função e, potencialmente, até na cura e recuperação.”
A pesquisa foi coautoria de Markus A. Horvath, Isaac Wamala, Ali Alazmani, Sang-Eun Song, William Whyte, Zurab Machaidze, Christopher J. Payne, James Weaver, Gregory Fishbein, Joseph Kuebler, Nikolay V.Vasilyev e David J. Mooney.
Foi apoiado por uma bolsa do Programa de Pesquisa Translacional do Boston Children's Hospital, uma bolsa do Director's Challenge Cross-Platform do Wyss Institute for Biologicamente Inspired Engineering, da Harvard School of Engineering and Applied Sciences e da Science Foundation Ireland.
Referência: “Manga robótica macia suporta função cardíaca” por Ellen T. Roche, Markus A. Horvath, Isaac Wamala, Ali Alazmani, Sang-Eun Song, William Whyte, Zurab Machaidze, Christopher J. Payne, James C. Weaver, Gregory Fishbein , Joseph Kuebler, Nikolay V. Vasiliev, David J. Mooney, Frank A. Pigula e Conor J. Walsh, 18 de janeiro de 2017, Medicina Translacional da Ciência.
DOI: 10.1126/scitranslmed.aaf3925