Material projetado pode reconectar nervos seccionados
(news.rice.edu)- Pesquisadores da Rice University testaram a estimulação remota de neurônios e a conexão do nervo ciático seccionado em ratos usando um material magnetoelétrico que converte campos magnéticos em campos elétricos
- O novo material apresenta uma conversão 120 vezes mais rápida do que materiais semelhantes existentes, mirando problemas de formato e frequência dos sinais aos quais os neurônios tinham dificuldade de responder
- A estrutura é baseada em uma camada piezoelétrica de lead zirconium titanate e camadas magnetostritivas de Metglas, com camadas empilhadas de platinum, hafnium oxide e zinc oxide para gerar sinais elétricos não lineares
- Para reduzir o dispositivo inteiro, é necessário um processo capaz de produzir camadas finas com menos de 200 nm; no longo prazo, o objetivo é chegar a uma forma injetável no local desejado
- Essa abordagem pode reduzir a invasividade de terapias de neuroestimulação e também levar a aplicações fora da bioeletrônica, como sensoriamento, memória e eletrônica
Estimulação remota de nervos com material magnetoelétrico
- Materiais magnetoelétricos conseguem converter campos magnéticos em campos elétricos e, por isso, vêm chamando atenção como candidatos a terapias para estimular tecido nervoso de forma minimamente invasiva
- A limitação dos materiais existentes era que o formato e a frequência do sinal elétrico convertido dificultavam a resposta dos neurônios
- A equipe de Jacob Robinson, da Rice University, projetou um novo material magnetoelétrico para atacar esse problema
- Segundo o estudo publicado na Nature Materials, esse material consegue estimular neurônios remotamente e com precisão
- Em um modelo com ratos, ele foi usado para preencher a lacuna de um nervo ciático seccionado
- Realiza a conversão magnetoelétrica 120 vezes mais rapidamente do que materiais semelhantes
Objetivo de neuroestimulação menos invasiva que dispositivos implantáveis
- Robinson vê as propriedades e o desempenho desse material como algo que pode ter grande impacto em terapias de neuroestimulação
- Em vez de implantar um dispositivo de neuroestimulação como se faz hoje, pode se tornar possível injetar uma quantidade muito pequena do material na região desejada
- Joshua Chen partiu da pergunta sobre um material que pudesse estimular o cérebro ou o sistema nervoso mesmo quando colocado no corpo em uma quantidade muito pequena, ou tão pequena quanto “poeira”
- Campos magnéticos penetram facilmente no corpo, e materiais magnetoelétricos podem convertê-los em campos elétricos, que o sistema nervoso usa para transmitir informações
Estrutura do material e princípio de funcionamento
- Os pesquisadores partiram de um material magnetoelétrico formado por uma camada piezoelétrica de lead zirconium titanate entre duas camadas magnetostritivas de Metglas
- Metglas é uma liga de vidro metálico que pode ser magnetizada e desmagnetizada rapidamente
- Quando um campo magnético é aplicado, o elemento magnetostritivo vibra e muda de forma, e o material piezoelétrico gera eletricidade a partir dessa deformação
- Ao combinar os dois materiais, é possível converter um campo magnético aplicado de fora do corpo em um campo elétrico
Sinais não lineares aos quais neurônios podem responder
- Nos materiais magnetoelétricos existentes, a relação entre campo elétrico e campo magnético é linear
- O que os pesquisadores precisavam era de uma relação não linear capaz de gerar sinais elétricos aos quais os neurônios de fato pudessem responder
- Para isso, eles empilharam os seguintes materiais sobre o filme magnetoelétrico existente
- platinum
- hafnium oxide
- zinc oxide
- Encontrar técnicas de fabricação compatíveis entre os materiais foi um desafio
- Robinson afirmou que houve muito trabalho para criar camadas finas com menos de 200 nm que produzissem propriedades especiais
- Bhave vê esse processo como algo capaz de reduzir o tamanho total do dispositivo, abrindo caminho para uma forma injetável no futuro
Experimentos em nervos periféricos de ratos e possibilidade de neuropróteses
- Em experimentos de prova de conceito, os pesquisadores estimularam nervos periféricos de ratos com esse material
- Ao demonstrar que é possível recuperar a função em um nervo seccionado, o estudo indicou potencial de aplicação em neuropróteses
- Chen explicou que esse metamaterial pode ser usado para preencher a lacuna de um nervo rompido e restaurar a alta velocidade dos sinais elétricos
- Os pesquisadores veem esse framework de design de materiais como origem de um novo projeto de metamateriais capaz de superar diversos problemas em neurotecnologia
- A mesma abordagem de design também pode ser aplicada a outros usos em eletrônica, como sensoriamento e memória
Artigo e financiamento
- O título do artigo é “Self-rectifying magnetoelectric metamaterials for remote neural stimulation and motor function restoration”
- A publicação é a Nature Materials, e o DOI é 10.1038/s41563-023-01680-4
- Os autores do estudo são Joshua Chen, Gauri Bhave, Fatima Alrashdan, Abdeali Dhuliyawalla, Katie Hogan, Antonios Mikos e Jacob Robinson
- A pesquisa recebeu apoio da National Science Foundation e dos National Institutes of Health
1 comentários
Opiniões do Hacker News
Como alguém que conhece uma pessoa com lesão medular, parece bastante cruel ver se repetir continuamente uma inovação que só chegará ao mercado daqui a 20 anos
Não sei como consertar isso, mas, para quem tem uma doença intratável, essa prática afeta diretamente a vida de forma negativa e causa muito medo; ainda assim, quando se fala disso no HN, muitas vezes a pessoa recebe downvotes, é atacada e tratada como se estivesse dizendo bobagem, então eu praticamente desisti
Sinto muito pelo que seu conhecido está passando
Espero que todo mundo cuide bem do sistema nervoso
Há muitas doenças que mudam vidas e cujas perspectivas futuras são muito mais sombrias, por exemplo por terem pouquíssimo financiamento ou atenção para pesquisa
Ainda assim, é verdade que a longa espera é terrível para quem está sofrendo agora
Não sou da área médica, mas alguém pode explicar exatamente o quão impressionante isso é?
Fico curioso se é algo no nível de reparar a medula espinhal, ou apenas consertar um nervo cortado
Pode viabilizar uma terapia de estimulação nervosa menos invasiva, mas não se sabe se a eficácia vai melhorar
Isso porque nem todos os neurônios voltam a crescer ou retornam ao lugar onde deveriam estar originalmente
Um amigo que andava de moto bateu numa grade da estrada e teve os nervos do ombro direito rompidos; ele não tem sensibilidade no braço nem consegue movê-lo
Se algo assim puder ser corrigido, será enorme para essas pessoas
Por exemplo, pacientes com diabetes também entram nessa, e essa tecnologia poderia melhorar muitas vidas
Se entendi direito, isso parece possibilitar a conversão nervo-digital e a conversão digital-nervo
Nesse caso, significa que em breve poderemos substituir o corpo por um corpo robótico
Os problemas restantes são como manter o cérebro vivo dentro de um tanque e como tornar o equipamento de suporte à vida pequeno o suficiente para caber dentro do corpo
Como basta fazer o sangue circular, remover dióxido de carbono e fornecer oxigênio e glicose, talvez não seja tão difícil, e parece possível manter o cérebro vivo por tempo indefinido
Antes de dizer “podemos manter o cérebro vivo por tempo indefinido” ou “não é tão difícil”, é preciso olhar para por que de um terço à metade da população acima de 85 anos sofre de Alzheimer, Parkinson ou demência
Desenvolvedores de software tendem a enxergar esse tipo de problema de forma simplista e otimista demais, e o corpo humano é muito mais complexo do que essa explicação sugere
Espero que isso ajude pessoas com lesões nervosas por rompimento, ou que sirva para criar próteses de braço melhores, com movimento e sensores táteis, para pessoas sem membros
Pessoalmente, também tenho muito interesse em melhorar a interação humano-computador
Se possível, seria bom que fosse sem cirurgia, ou de um modo extremamente não invasivo e rápido
Ainda mais numa situação em que, a cada dois dias, aparece no HN — e às centenas no Reddit — algum texto dizendo ter a cura definitiva para câncer ou AIDS
Sempre me pareceu desencontrado que o corpo de uma pessoa possa ser levado ao outro lado do planeta, a 900 km/h, durante 25 horas, por menos de 1.500 dólares, mas que, mesmo gastando 1.000 vezes mais dinheiro e 1.000 vezes mais tempo, não consigamos ligar a distância entre o cérebro e os pés
Agora é preciso emendar tudo de novo de modo que cada porta volte a se conectar à porta original
Além disso, esses cabos têm tamanho microscópico, são extremamente frágeis, e nem sabemos de fato como repará-los
Na prática, é quase só esperar que voltem a crescer no lugar
Para mim, parece até natural
Precisão sempre foi difícil
A maioria das pessoas acha mais difícil acertar com exatidão um ponto de 1 mm a 1 m de distância do que chutar uma bola a 10 m
Mover um monte de areia por 100 m é mais fácil do que mover exatamente um grão de areia por 1 cm sem tocar nos grãos ao redor
Aviões foram projetados por humanos a partir de primeiros princípios, e somos bons em documentar nossas invenções e entender seus princípios
Mas criar algo que faça interface com sistemas biológicos é um problema totalmente diferente
É como fazer engenharia reversa de tecnologia alienígena: precisamos reconstruir o entendimento de algo extremamente complexo que a nossa civilização não projetou
É tão complexo que só relativamente recentemente, graças a avanços em outras áreas, criamos ferramentas para investigá-lo de forma significativa
Nós sempre soubemos, pelo menos desde o Egito Antigo, mais matemática do que física, mais física do que química, e mais química do que sobre o nosso corpo
As tecnologias disponíveis também refletem essa diferença
Será que, em um futuro próximo de ficção científica, seria possível usar uma tecnologia dessas para transplantar uma nova coluna vertebral cultivada em laboratório?
“Parte dos objetivos da CTRL-Labs é bastante bizarra, como treinar modelos para controlar dedos extras”
https://www.theverge.com/2018/6/6/17433516/ctrl-labs-brain-c...
Será que poderíamos reforçar ou interligar nervos para controlar coisas que originalmente não conseguimos controlar?
Por exemplo, e se pudéssemos secretar hormônios à vontade para liberar adrenalina ou nos acalmar?
Pelo que li, a coluna também tem capacidades básicas de reação e pensamento, e talvez esteja além do nível que humanos conseguem criar
É uma grande esperança para pacientes com paralisia
Só espero que não acabe sendo uma tecnologia tão cara que apenas alguns milionários possam usar
Comunicados publicados diretamente por universidades, por exemplo quando a rice.edu anuncia uma grande descoberta, agora me parecem quase clickbait, porque os incentivos são distorcidos demais
Os pesquisadores exageram os resultados por causa de artigos e financiamento, e a universidade exagera esses resultados de novo para atrair estudantes e investidores
Fico me perguntando se outras pessoas sentem algo parecido, ou se eu é que fiquei cínico demais
Cobertura jornalística acadêmica é difícil e pouco recompensadora
Olhando sem cinismo, metade do trabalho de um pesquisador é disseminar seus resultados para outros pesquisadores e para o público
Prefiro comunicados empolgados de universidades, mesmo que um pouco exagerados, a notícias feitas para provocar indignação dominando a TV e as páginas iniciais da “grande mídia”
Pesquisadores sérios podem, no fim, voltar ao material real revisado por pares
O artigo também tinha um link, e o original está aqui: https://www.nature.com/articles/s41563-023-01680-4
O PDF está aqui: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2022.01.24.477527v2....
Como alguém que conhece essa área de modo periférico, sei um pouco sobre dispositivos piezoelétricos e magnetostrictivos e sobre estimulação e registro neural, mas nunca vi um material magnetostrictivo capaz de gerar um viés DC
Além disso, operar o dispositivo em modo não ressonante para estimulação neural também me parece algo novo
É uma visão a partir de 1.000 pés de distância, mas é bem interessante, e acho que este artigo é uma cobertura eficaz com conteúdo à altura do exagero
Boa parte do que sabemos sobre sociologia pode ser falso, e, se uma grande base do pensamento progressista sobre raça, sexo e gênero está assentada nisso, é um grande problema
No mínimo, não parece muito diferente desta situação
Quando será que o neural lace vai sair?
Entendo que o potencial é enorme e atraente, mas eu não gostaria de ser um early adopter desse tipo de produto