The revolutions in biotech and infotech will give us control of the world inside us, and will enable us to engineer and manufacture life.

Yuval Noah Harari

A Medicina Biônica é um campo de atuação e pesquisa médicas promissor envolvendo a intersecção da medicina com a engenharia biomecânica. A principal base dessa nova tecnologia está em como os nervos respondem a estímulos elétricos, tencionando a substituição ou o aprimoramento de estruturas anatômicas e processos fisiológicos através de recursos eletrônicos e mecânicos.

Evidências de sucesso de modelos biônicos na medicina envolvem principalmente o manejo de desordens neurológicas, como o uso de estimuladores da medula espinhal para dor neuropática crônica, implantes cocleares para surdez e estimulação cerebral profunda tanto para doença de Parkinson quanto para tremor essencial. Aplicações ainda em estudo também já ganharam notoriedade, permitindo, por exemplo, que pacientes com lesão grave da medula espinhal possam agarrar objetos e controlar membros artificiais.

Algumas das mais recentes tecnologias e projetos promitentes envolvendo o desenvolvimento de um “corpo biônico” serão abordadas a seguir.

Membros biônicos

O sistema nervoso central (SNC) baseia-se na propriocepção para controlar e corrigir os movimentos do corpo, influenciando no tônus muscular, equilíbrio postural, execução motora e coordenação, cinestesia, reflexos musculares e estabilidade articular. Em um indivíduo com o membro amputado, as vias aferentes responsáveis por essas habilidades estão comprometidas e, mesmo depois da perda do membro, os nervos remanescentes mantêm-se ativos, transmitindo impulsos que outrora seriam direcionados ao membro ausente.

As próteses mecânicas garantem somente certo movimento a esses pacientes, uma vez que, por valerem-se apenas da propulsão muscular, carecem de mecanismos de propriocepção e, por conseguinte, do controle intuitivo e natural dos movimentos. Diante desse cenário, a tecnologia biônica corroborou para o desenvolvimento de próteses capazes de prover esse controle por intermédio da conexão do membro remanescente com o SNC.

O mecanismo envolve primeiramente um procedimento cirúrgico de restauração nervosa muscular dirigida (Targeted Muscle Reinnervation, TMR em inglês), no qual os pacientes com o membro amputado são submetidos a um redirecionamento das fibras nervosas remanescentes para um músculo próximo. Quando o paciente tenciona mover o membro ausente, os sinais motores do SNC são transferidos para o músculo que recebeu a inervação remanescente. O músculo, então, contrai gerando sinais eletromiográficos (EMG) que são usados para o controle da prótese biônica.

Outro grande desafio para a tecnologia biônica foi devolver não apenas a capacidade de controle dos movimentos, mas principalmente a capacidade de sentir. As próteses mais avançadas do mundo contêm mais de 100 sensores, detectando força, vibração, contato fino e temperatura. Nestes modelos biônicos, há também sensores nas articulações mensurando ângulo, velocidade e torque.

Para que os usuários tenham essas sensações, os sensores traduzem, mediante algoritmos, informações táteis e de movimentos em impulsos nervosos. Por sua vez, o membro biônico envia esses sinais elétricos para eletrodos implantados cirurgicamente aos nervos residuais do membro ausente que, por conseguinte, alcançam o cérebro, sendo este capaz de detectar as informações transmitidas pela prótese.

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Coração artificial

A tecnologia biônica de cunho médico não apenas se manifesta para membros artificiais, mas também para órgãos. Um importante exemplo é o coração totalmente artificial (Total Artificial Heart, TAH em inglês) desenvolvido por uma empresa americana para pacientes críticos cuja sobrevivência é dependente principalmente de um transplante total de coração. Quando não há disponibilidade de um coração para transplante ou quando o procedimento não é uma opção, o TAH é uma alternativa para prolongar a vida ou evitar a piora do quadro clínico do paciente, impedindo que ele fique doente demais para ser submetido a um transplante posteriormente. 

Assim como um coração humano, o TAH é pulsátil e compreende dois ventrículos e quatro valvas que bombeiam o sangue para o corpo. Diferentemente de outros suportes mecânicos para a circulação, como o dispositivo de assistência ventricular esquerda (DAVE ou left ventricular assist device, LVAD em inglês), o TAH substitui ambos os lados direito e esquerdo do coração comprometido, evitando uma das principais complicações do DAVE que é a disfunção circulatória do ventrículo direito.

O mecanismo do TAH baseia-se nos diafragmas (membranas em formato de balão) que estão dentro de cada ventrículo, dividindo cada um deles em duas câmaras – uma portando sangue e a outra, ar. Um aparelho condutor externo, mediado por bateria, infla e desinfla os diafragmas, dando propulsão ao sangue dentro e fora dos ventrículos. Ainda que o TAH não seja uma solução permanente, ele já ajudou mais de 1250 pacientes, alguns deles portando o órgão biônico por mais de 4,5 anos.

Implantes de retina

O olho biônico, que já foi adotado por mais de 100 pacientes nos Estados Unidos e Europa, compreende uma pequena câmera acoplada em um par de óculos que envia informações para uma prótese epiretinal cirurgicamente implantada. O mecanismo envolve a transferência de imagens capturadas pela câmera para um processador visual, onde são transformadas em algoritmo e enviadas a um estimulador. Este último, por sua vez, ativa mediante impulsos elétricos os eletrodos implantados próximos da retina, cujas células projetam estes impulsos para áreas visuais do cérebro para interpretação das imagens. É importante ressaltar que, apesar do dispositivo não restaurar a visão completamente, ele permite que pacientes enxerguem formas e distingam áreas claras e escuras.

Há, ainda, uma pesquisa promissora em voga encabeçada por uma empresa australiana sobre como a tecnologia biônica na forma de implante poderia postergar a cegueira. Trata-se de um dispositivo (em inglês, Minimally Invasive Retinal-degeneration Arrestor, ou MIRA) que tenciona prolongar e estender os anos de visão funcional para os pacientes com retinopatia degenerativa mediante emprego de estimulação elétrica de baixa potência. O projeto MIRA ainda está em fase de desenvolvimento, no entanto, além de postergar o progresso de retinite pigmentosa, os pesquisadores acreditam que o dispositivo possa ser importante para outras condições oculares, como glaucoma e degeneração macular.

Implante coclear

O implante coclear foi desenvolvido para produzir sensações auditivas mediante estimulação elétrica dos nervos da orelha interna, traduzindo informações sonoras para o cérebro. O dispositivo consiste na implantação de uma placa de eletrodo dentro da cóclea e um estimulador que é cirurgicamente colocado embaixo da pele atrás da orelha externa. Um processador externo do som, similar a um aparelho auditivo, captura sons e os converte em um código digital. Essa informação, por sua vez, é transmitida via wireless para um estimulador que transforma o som codificado em impulso elétrico, enviando-o para a placa de eletrodo. A transmissão estimula os neurônios auditivos que enviam impulsos para o cérebro onde são interpretados como som.

Tecnologia biônica na doença de Parkinson

A doença de Parkinson é uma condição degenerativa em que há perda progressiva de células nervosas localizadas em uma área cerebral crucial para os movimentos normais. Essa degeneração implica em uma perda da função motora com sintomas típicos de tremor nos braços e pernas, rigidez muscular, postura inclinada e ambulação mais lenta e descoordenada.

Medicamentos convencionais podem ser empregados para o manejo da doença de Parkinson, entretanto, mais de 30% dos pacientes não conseguem se beneficiar da terapia tradicional. Para esses casos, a estimulação cerebral profunda (deep brain stimulation, DBS em inglês) pode ser uma opção de tratamento efetiva. A DBS já foi comprovada há quase 15 anos para controle de tremor debilitante em pessoas com doença de Parkinson e tremor essencial.

A DBS consiste na implantação cirúrgica profunda e bilateral de eletrodos conectados a um dispositivo, similar a um marcapasso cardíaco, inserido embaixo da pele (geralmente próximo à clavícula). Esse dispositivo gera impulsos elétricos para as áreas afetadas do cérebro por meio do par de eletrodos, bloqueando ou alterando a atividade neural anormal. 

Apesar de significativamente melhorar a qualidade de vida dos pacientes, a DBS pode não atender o alívio adequado dos sintomas. Isso porque, a DBS disponibiliza apenas um nível de estimulação, determinado durante a consulta com o neurologista. Dessa forma, considerando-se a variação dos sintomas da doença em um mesmo dia, a DBS acaba por vezes sendo ineficaz ou produzindo efeitos adversos.

Constatado isso, um instituto australiano engatou em uma pesquisa a fim de desenvolver uma estimulação adaptativa para que o tratamento seja individualizado e devidamente ajustado em tempo real.

Manejo biônico da epilepsia

Crises epilépticas são imprevisíveis e podem variar desde convulsões breves à perda de consciência. A epilepsia é diagnosticada mediante eletroencefalografia (EEG), mas, devido à aleatoriedade dos eventos, o exame convencional pode não diagnosticar a atividade elétrica, além de aumentar as visitas e custos hospitalares.

Diante desse cenário, pesquisadores australianos desenvolveram um dispositivo pequeno e implantável por baixo do couro cabeludo que permite monitorizar as crises fora da estrutura hospitalar, permitindo que os pacientes tenham maior autonomia. Ademais, estima-se que esse dispositivo possa melhorar a segurança do paciente através do monitoramento remoto, incorporando um alerta para os cuidadores do paciente quando este sofrer uma crise.

Tratamento da doença inflamatória intestinal

Doenças inflamatórias do trato intestinal, como doença de Crohn e colite ulcerativa, são condições debilitantes e recidivantes que costumam emergir pela primeira vez no paciente enquanto adulto jovem, afetando-o durante toda a vida. O manejo medicamentoso é comumente associado a eventos adversos e ao alívio ineficaz dos sintomas. Através de um projeto colaborativo, um instituto de pesquisa australiano desenvolveu um dispositivo inovador que permite a detecção das condições inflamatórias do intestino, estimulando terapeuticamente o nervo vago. Diante de um determinado limiar de grau inflamatório, um sinal é enviado do dispositivo para um estimulador subcutâneo. Este estimulador, por sua vez, envia impulsos elétricos ajustados automaticamente de acordo com o grau de inflamação para um eletrodo em contato com o nervo vago. Dessa forma, com essa técnica, os pesquisadores tencionam um tratamento mais seguro, eficaz e individualizado da inflamação intestinal, além de reduzir a necessidade constante de consultas com o médico.