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Crianças que nascem com defeitos que prejudicam as câmaras inferiores do coração passam por uma série de cirurgias invasivas no início da vida. A primeira cirurgia inclui a implantação de um tubo de plástico chamado shunt para melhorar o fluxo sanguíneo. No entanto, conforme as crianças crescem, o shunt é frequentemente substituído para acomodar seus corpos em mudança. Agora, pesquisadores projetaram um shunt que se expande quando ativado pela luz. Se desenvolvido com sucesso, esse dispositivo pode reduzir o número de cirurgias de tórax aberto que essas crianças recebem.
Os pesquisadores apresentarão seus resultados na reunião de outono da Sociedade Química Americana (ACS).
“Depois que o cirurgião coloca o tubo pela primeira vez, essas crianças geralmente precisam passar por mais duas ou três, talvez até quatro, cirurgias apenas para implantar um tubo um pouco maior”, diz Christopher Rodell, que está apresentando a pesquisa. “Nosso objetivo é expandir o interior do tubo com um cateter emissor de luz que inserimos dentro do shunt, eliminando completamente a necessidade de cirurgias adicionais.” Rodell é professor assistente de engenharia biomédica na Drexel University.
Esses defeitos cardíacos congênitos afetam as câmaras inferiores do órgão, conhecidas como ventrículos, resultando em fluxo sanguíneo restrito para os pulmões e outras partes do corpo. Sem cirurgia, bebês com esses distúrbios não conseguem sobreviver. Frequentemente nascidos abaixo do tamanho, esses bebês podem crescer rapidamente após sua primeira cirurgia de implantação de derivação. Para acomodar seu crescimento, os cirurgiões geralmente realizam outra cirurgia de tórax aberto. Cada vez que esse procedimento é realizado, ele cria um risco para a criança. Em um estudo com 360 pacientes que passaram pelo procedimento inicial de reconstrução cardíaca, 41 precisaram de cirurgias adicionais para implantar uma derivação maior e sete morreram como resultado.
Anteriormente, os colegas de Rodell na Drexel, Amy Throckmorton e Kara Spiller, construíram um protótipo expansível para potencialmente substituir o tipo de derivação mais comumente usado. Eles fizeram isso revestindo o interior do tubo com um hidrogel que contém uma rede de polímeros cercados por água, ligados uns aos outros por ligações chamadas ligações cruzadas. A formação de novas ligações cruzadas força a água para fora do hidrogel e puxa os polímeros juntos, contraindo o hidrogel e alargando o interior da derivação. No design inicial, as novas ligações cruzadas se formaram automaticamente, sem um gatilho externo.
Rodell se juntou a Throckmorton e Spiller para ajudá-los a reprojetar o shunt para que os materiais fossem seguros para uso clínico e para que ele pudesse ser ajustado para atender às necessidades de crianças individuais. Ele conseguiu isso desenvolvendo novos polímeros para um hidrogel que formaria novas ligações cruzadas e aumentaria o diâmetro interno do shunt em resposta a um gatilho. Para iniciar a ligação cruzada sob demanda, Rodell decidiu usar luz azul porque esse comprimento de onda carrega energia suficiente para iniciar a reação, mas é seguro para tecido vivo.
“A luz sempre foi um dos meus gatilhos favoritos, porque você pode controlar quando e onde aplicá-la”, diz Rodell.
Para o novo dispositivo, Rodell e sua equipe liderada pela estudante de pós-graduação Akari Seiner estão usando um cateter de fibra óptica, essencialmente um tubo longo e fino com uma ponta emissora de luz. Para ativar o hidrogel sensível à luz dentro do shunt, eles pretendem que os cirurgiões insiram o cateter em uma artéria perto da axila e então o manobrem para a posição, eliminando a necessidade de abrir o peito do bebê.
Em experimentos de laboratório, eles descobriram que podiam expandir o shunt incrementalmente, com a quantidade de expansão variando de acordo com a duração da exposição à luz — resultados indicando que, uma vez implantado, os ajustes no shunt poderiam ser personalizados para cada criança. Eles descobriram que podiam dilatar o shunt em até 40%, expandindo seu diâmetro de 3,5 milímetros para 5 milímetros — quase o tamanho do maior shunt implantado em crianças. Eles também avaliaram como as células sanguíneas e os vasos sanguíneos poderiam responder ao shunt modificado. Eles não encontraram evidências de que o tubo implantado causou a formação de coágulos sanguíneos, uma resposta inflamatória ou outras reações que poderiam representar potenciais problemas de saúde.
Em seguida, a equipe planeja testar protótipos de derivação de comprimento total em uma configuração artificial imitando o sistema circulatório humano. Se esses experimentos forem bem-sucedidos, os pesquisadores pretendem passar para experimentos em modelos animais. Essa tecnologia pode ser útil além de distúrbios cardíacos de ventrículo único, de acordo com Rodell. Os cirurgiões podem, por exemplo, usar tubos semelhantes para substituir vasos sanguíneos em crianças feridas em um acidente de carro.
“Nesses procedimentos, você se depara com o mesmo problema: crianças não são apenas adultos minúsculos; elas continuam a crescer”, diz Rodell. “Isso é algo que precisamos levar em conta em biomateriais, como esse enxerto se comportará ao longo do tempo.”
A pesquisa foi financiada pela Fundação Hartwell.
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