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Eletrodos flexíveis de película fina colocados diretamente no tecido cerebral mostram-se promissores para o diagnóstico e tratamento da epilepsia, conforme demonstrado recentemente por cientistas da Tokyo Tech. Graças a um design inovador, porém simples, esses eletrodos duráveis correspondem com precisão às propriedades mecânicas do tecido cerebral, levando a um melhor desempenho durante registros de eletrocorticografia e estimulação neural direcionada.
Medir a atividade cerebral é uma técnica útil para diagnosticar epilepsia e outros distúrbios neuropsiquiátricos. Dentre as diversas abordagens adotadas, a eletroencefalografia (EEG) é a menos invasiva. Durante as gravações de EEG, os eletrodos são normalmente colocados no couro cabeludo. No entanto, isto limita a resolução do EEG, uma vez que os sinais eléctricos do cérebro são atenuados e distorcidos quando chegam ao couro cabeludo.
Em contraste, a eletrocorticografia (ECoG) envolve a colocação de eletrodos neurais diretamente na superfície do cérebro. Estando em contato próximo com a região de interesse, os eletrodos ECoG fornecem melhores registros da atividade cerebral. Além disso, também é possível enviar pulsos elétricos através deles para estimular grupos específicos de neurônios com o objetivo de controlar crises epilépticas. No entanto, os eletrodos ECoG convencionais apresentam uma grande desvantagem. Eles geralmente não correspondem às propriedades mecânicas e à curvatura do tecido cerebral, resultando em aumento da pressão cerebral e outros efeitos adversos. Embora eletrodos neurais moles tenham sido desenvolvidos para mitigar esse problema, eles carecem de durabilidade e resistência ou exigem processos de fabricação complexos.
Para resolver esses problemas, uma equipe de pesquisa orientada pelo Professor Associado Toshinori Fujie do Instituto de Tecnologia de Tóquio (Tokyo Tech) desenvolveu um novo tipo de eletrodo neural flexível. Seu projeto e descobertas, publicados recentemente em Tecnologias Avançadas de Materiaispode revolucionar a forma como as gravações de ECoG e a estimulação neural direta são realizadas.
O substrato do eletrodo proposto consiste em uma fina película feita de um material flexível denominado poliestireno-bloquear-polibutadieno-bloquear-poliestireno (SBS). Os pesquisadores usaram uma impressora jato de tinta para fabricar fiação condutora no eletrodo com nanotinta de ouro. Finalmente, eles cobriram o circuito empilhando outra camada de SBS como isolamento, com microcanais perfurados a laser como pontos de medição ou estimulação.
Através de extensos testes mecânicos e simulações, os pesquisadores demonstraram que o eletrodo se adapta com precisão ao formato do tecido cerebral contendo muitas cristas irregulares. Seu projeto simples e processo de fabricação também são uma grande vantagem, uma vez que conduz à ampla adoção do eletrodo proposto em aplicações práticas. “Até onde sabemos, este é o primeiro estudo a demonstrar esses eletrodos ECoG ultraconformáveis baseados em eletrônica impressa, que se aproximam das propriedades mecânicas do tecido cerebral”, destaca o Dr.
Para mostrar o potencial do seu design, a equipe conduziu vários experimentos em modelos de ratos com epilepsia. Usando os eletrodos ECoG recém-projetados, eles puderam medir com precisão a resposta neural no cérebro desses ratos quando um de seus bigodes foi estimulado mecanicamente. Além disso, eles puderam visualizar a atividade convulsiva durante uma epilepsia induzida quimicamente. Além disso, ao desencadear movimentos nos bigodes e nos braços dos ratos através de impulsos eléctricos enviados através de canais específicos, os investigadores demonstraram que os eléctrodos propostos podem estimular diferentes regiões do cérebro.
No geral, estas descobertas destacam o potencial dos eletrodos neurais flexíveis de película fina para o diagnóstico e tratamento da epilepsia e outras doenças cerebrais. Notavelmente, os eletrodos não causaram qualquer inflamação ou efeitos adversos nos cérebros dos ratos, mesmo várias semanas após o procedimento, destacando a sua compatibilidade com o tecido biológico.
Os pesquisadores planejam melhorar ainda mais seu design para torná-lo adequado para aplicações clínicas. “A integração do nosso eletrodo de película fina com um dispositivo implantável poderia torná-lo ainda menos invasivo e mais sensível à atividade elétrica anormal do cérebro”, explica o Dr. Fujie. “Isso permitiria melhores diagnósticos e estratégias terapêuticas para o tratamento da epilepsia intratável”.
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