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Uma equipe de pesquisa liderada pela UC San Diego demonstrou, pela primeira vez, que um dispositivo vestível e não invasivo pode medir a atividade dos nervos cervicais humanos em ambientes clínicos.
O dispositivo registra o que a equipe chama de Neurografia Autonômica (ANG), atividade neural dos nervos vago e do seio carotídeo humanos, bem como outros nervos autonômicos encontrados na pele e no músculo do pescoço. O nervo vago é uma “superestrada” do sistema nervoso involuntário, com gavinhas que se estendem da base do crânio através do tronco e abdômen para influenciar a digestão, a frequência cardíaca e o sistema imunológico. O nervo vago desempenha um papel fundamental na resposta inflamatória do corpo a lesões ou infecções, e tem sido um foco de pesquisa em condições mortais como sepse, uma das principais causas de mortes em pronto-socorros que afetam pelo menos 1,7 milhão de adultos nos EUA a cada ano, de acordo com o Instituto Nacional de Ciências Médicas Gerais, e transtorno de estresse pós-traumático, que afeta cerca de 3,5% da população, de acordo com o Instituto Nacional de Saúde Mental.
Para oferecer aos profissionais médicos uma ferramenta clinicamente comprovada em tempo real para detectar níveis de atividade no sistema nervoso involuntário, um sinal de alerta precoce de um corpo sob estresse, os pesquisadores projetaram um conjunto de eletrodos flexível e integrado com adesivo (conforme relatado em um relatório de 2022). Relatórios científicos artigo). O estudo atual, publicado em 29 de julho de 2024 em Comunicações da Natureza Biologiautilizou essa abordagem com o objetivo de detectar atividade neural profunda em um modelo clínico hiperinflamatório simulado.
“Estamos encorajados por nossos resultados. O dispositivo está pronto para fornecer um marcador de diagnóstico precoce de infecção por patógenos, ou inflamação de um processo patológico”, disse o autor sênior do estudo, Imanuel Lerman, chefe do Lerman Lab do Qualcomm Institute, School of Medicine e Jacobs School of Engineering da UC San Diego, bem como do VA Center of Excellence for Stress and Mental Health. Lerman é o fundador da InflammaSense Inc., a empresa que licencia a tecnologia do dispositivo. “Com base nos resultados do estudo, estamos agora implantando o dispositivo nas unidades de terapia intensiva do Jacobs Medical Center na UC San Diego Health. O dispositivo detectará sinalização neural involuntária precoce indicativa de sepse iminente.”
Troy Bu, candidato a doutorado no Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação da Jacobs School, é o primeiro autor do estudo.
Em tempo real na sala de emergência
Para substituir microeletrodos implantados cirurgicamente para monitorar ou ativar o nervo vago, o novo dispositivo alavanca uma técnica poderosa chamada “magnetoneurografia” para detectar com mais precisão o disparo do nervo cervical de forma não invasiva em tempo real. O dispositivo detecta os campos magnéticos decorrentes da atividade nos nervos vago e do seio carotídeo, que “pulsam” para avisar o sistema nervoso involuntário de uma ameaça.
Os pesquisadores testaram o dispositivo em nove indivíduos humanos adultos. Os pacientes tiveram seu sangue coletado e seu plasma testado para níveis basais de proteínas desencadeadoras de inflamação chamadas citocinas. Em seguida, eles foram injetados com toxinas de origem bacteriana chamadas lipopolissacarídeos, induzindo um estado hiperinflamatório temporário no corpo que imitava a inflamação associada a uma infecção sanguínea.
Dentro de uma sala blindada magneticamente no UC San Diego Qualcomm Institute Magnetoencephalography Center, pesquisadores colocaram sensores de seu dispositivo em pontos do nervo vago abaixo da orelha direita e sobre a artéria carótida direita, onde tanto o nervo vago quanto o nervo do seio carotídeo são encontrados. O dispositivo monitorou a frequência cardíaca e os campos magnéticos decorrentes da atividade nervosa.
Meia hora após a injeção dos lipopolissacarídeos nos pacientes, o dispositivo detectou mudanças na atividade nervosa abaixo da orelha direita. Os pesquisadores confirmaram o aumento da atividade nervosa e a liberação de proteínas inflamatórias por meio de amostras de sangue. Eles também registraram mudanças na frequência cardíaca ao longo do processo, bem como uma ligação perceptível entre o disparo nervoso em ambos os locais e mudanças em uma citocina inflamatória específica chamada necrose tumoral alfa, ou TNF-α, e a citocina anti-inflamatória chamada IL-10.
O TNF-α é uma espécie de arauto; pacientes com níveis elevados correm maior risco de sofrer choque séptico, uma condição mortal em que a resposta inflamatória do corpo ultrapassa os limites e causa efeitos devastadores em todo o sistema, que podem resultar em morte.
Níveis elevados de IL-10, por outro lado, podem indicar pacientes com risco de imunoparalisia, uma condição que ocorre durante a sepse, quando as células imunológicas são incapazes de combater micróbios estranhos ou residentes, ou vírus residentes, o que pode levar à infecção descontrolada e à morte.
“Com a sepse, cada minuto conta e tratamentos precoces salvam vidas”, disse Bu. “A detecção precoce da sepse é crítica, pois, a cada hora em que a sepse não é tratada, a probabilidade de morte aumenta em até sete por cento. Nossa tecnologia pode fornecer aos médicos um sinal de alerta precoce de resposta hiperimune ou imunoparalisia na sepse. Os médicos podem então fornecer o tratamento correto o mais rápido possível.”
Assim como no estudo de 2022, os pesquisadores descobriram novamente que os pacientes se separaram em grupos com respostas distintas ao estresse da injeção. Alguns pacientes apresentaram picos mais altos na presença de proteínas inflamatórias e efeitos colaterais mais fortes, enquanto os picos de outros foram mais baixos.
Com essa tecnologia, os médicos podem ser capazes de identificar subgrupos de pacientes com maior risco de uma resposta imune hiperativa e imunoparalisia, ambos os quais contribuem para complicações relacionadas à sepse e mortalidade. O dispositivo também pode ser usado para determinar se os tratamentos estão reduzindo a inflamação no corpo, para entender melhor o sistema nervoso e a inflamação em pessoas que sofrem de TEPT e outras condições de saúde mental, e para personalizar a dosagem de terapias que têm como alvo os sistemas nervosos de pacientes individuais.
Este estudo foi uma colaboração entre a UC San Diego, os Laboratórios Nacionais Sandia, a Universidade de Wisconsin-Madison, o Centro de Estresse e Saúde Mental do VA, o Laboratório Quspin, a Universidade de Stanford e a InflammaSense Inc.
O financiamento foi fornecido pela Biomedical Advanced Research and Development Authority (BARDA) e pelo David and Janice Katz Neural Sensor Research Fund em memória de Allen E. Wolf.
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