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| Imagem meramente ilustrativa fonte: News Medical |
PHYS, 29/07/2022
Por Thamarasee Jeewandara
Agentes microrobóticos podem formar enxames de entrega de drogas direcionadas para análises de imagem aprimoradas. Em um novo relatório agora publicado na Science Advances, Junhui Law e uma equipe de pesquisadores em engenharia mecânica e industrial, inteligência artificial e engenharia biomédica da Universidade de Toronto e da Universidade de Xangai, na China, desviaram-se do processo típico de terapia medicamentosa para facilitar a embolização de enxames. O processo é uma técnica médica usada para bloquear os vasos sanguíneos durante o tratamento de trombose e malformações arteriovenosas. Os enxames de partículas magnéticas oferecem embolização mais precisa e podem manter a integridade do enxame dentro de uma região alvo sob condições de fluxo fluídico. Com base em experimentos em canais microfluídicos, tecidos ex vivo e rins suínos in vivo, Law e a equipe validaram a eficácia da estratégia proposta para embolização seletiva.
Enxames coletivos
Comportamentos coletivos são onipresentes na natureza, onde cardumes de peixes e enxames de insetos podem realizar tarefas complexas. Os bioengenheiros são inspirados pela inteligência coletiva em enxames naturais para desenvolver uma variedade de microrrobôs para diversas aplicações. Neste trabalho, os pesquisadores desenvolveram uma estratégia de atuação para integrar enxames de partículas magnéticas para embolizar com precisão o fluxo sanguíneo dentro de uma região-alvo para embolização seletiva em um modelo animal. O trabalho forneceu uma visão mais profunda e um estudo de prova de conceito para entender o comportamento de enxames micro-robóticos sob condições fisiológicas.
Integridade do enxame durante o fluxo
A equipe de pesquisa alcançou a embolização seletiva gerando enxames microrobóticos sob demanda para bloquear os vasos sanguíneos em uma região-alvo. Eles usaram partículas superparamagnéticas com diâmetros menores que os glóbulos vermelhos e brancos para sua distribuição nos capilares sanguíneos. Os pesquisadores revestiram as micropartículas em trombina para converter o fibrinogênio solúvel no sangue em malhas de fibrina para conter glóbulos vermelhos com as partículas.
A equipe observou como os enxames se dividem sob o fluxo devido a interações fracas entre as partículas. A equipe de pesquisa manteve a integridade do enxame nos canais microfluídicos sob condições fisiologicamente relevantes, incluindo ramificação dos vasos sanguíneos e fluxo sanguíneo. Eles então modelaram um enxame em uma junção para entender as relações entre o ângulo de ramificação, a taxa de fluxo e a integridade do enxame em relação à força do campo magnético. Enquanto os enxames se dividem quando a intensidade do campo magnético aplicado é menor que o valor calculado, os enxames mantêm sua integridade em uma junção quando a intensidade do campo magnético aplicado é maior que o valor calculado.
Manutenção seletiva da integridade do enxame
Os cientistas procuraram desenvolver baixa força de campo magnético para embolização seletiva para degradar a integridade dos enxames e evitar bloqueios não intencionais. Eles mantiveram uma estratégia de atuação para a integridade sustentada do enxame dentro de uma região-alvo. Apesar de alterar as distribuições do campo magnético, a equipe manteve a alta intensidade do campo magnético na região alvo. Os enxames que se formaram fora da região alvo encontraram campos magnéticos de baixa intensidade e, portanto, não puderam manter sua integridade. Os cientistas validaram a estratégia de atuação proposta por meio de experimentos.
Embolização em canais microfluídicos e estudos de prova de conceito
A equipe de pesquisa testou a eficácia do uso de enxames de partículas magnéticas para bloquear o fluxo sanguíneo e mediu a taxa de fluxo sanguíneo em diferentes condições. Eles garantiram a visibilidade sob microscopia óptica diluindo o fluxo sanguíneo suíno em canais microfluídicos com ângulos de ramificação de 120 0.
A equipe mediu a taxa de fluxo calculando a velocidade dos glóbulos vermelhos para entender a vazão média, que atingiu uma média de 84 µm/s. Os cientistas demonstraram uma estratégia de atuação junto com partículas magnéticas revestidas de trombina para embolização seletiva com bloqueio não intencional mínimo além de uma região alvo. Eles então conduziram experimentos de prova de conceito em um vaso sanguíneo suíno ex-vivo usando enxames microrobóticos e imagens de um vaso sanguíneo com um ângulo de ramificação de 30 graus por meio de um sistema de imagem de ultrassom. Eles também injetaram partículas magnéticas revestidas de trombina no vaso sanguíneo a uma taxa de fluxo de 80 µm/s e notaram um ponto brilhante na junção indicando a formação de um enxame para confirmar a embolização do vaso sanguíneo através do enxame. Após estudos ex vivo, a equipe testou a estratégia proposta para embolização seletiva em rins suínos in vivo para realizar a embolização seletiva.
Panorama
Desta forma, Junhui Law e colegas desenvolveram uma estratégia de atuação para regular enxames de partículas magnéticas para embolização seletiva. Os enxames microrobóticos formados por meio da estratégia de atuação fornecem uma solução potencial para embolização seletiva na clínica para evitar complicações decorrentes de mecanismos de embolização não seletivos.
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Fonte:https://phys.org/news/2022-07-microrobots-swarms-medical-embolization.html
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