Uma equipe de engenheiros biomecânicos e cirurgiões da Universidade McGill desenvolveu um robô flexível de impressão 3D capaz de fornecer hidrogéis com precisão no local da cirurgia das cordas vocais para reconstruir os tecidos removidos durante o procedimento. A cabeça de impressão do robô tem apenas 2,7 mm de tamanho – a menor bioimpressora já relatada. A pesquisa foi publicada na revista Device, da Cell Press.
“Nosso dispositivo foi projetado não apenas para precisão e qualidade de impressão, mas também para facilitar o uso pelo cirurgião”, disse o primeiro autor e engenheiro biomédico, Swen Groen, da Universidade McGill. “Seu design compacto e flexível se integra aos fluxos de trabalho cirúrgicos padrão e fornece controle manual em tempo real em um ambiente de trabalho restrito.”
Segundo a Cell Press, entre 3% e 9% das pessoas desenvolvem distúrbios vocais ao longo da vida devido a cistos, tumores ou cânceres nas cordas vocais. Esses tumores geralmente são removidos cirurgicamente, mas muitos pacientes desenvolvem fibrose após a cirurgia, o que enrijece as cordas vocais e dificulta a fala. Para prevenir a fibrose, os cirurgiões costumam injetar hidrogéis nos tecidos da garganta, mas é difícil administrar os hidrogéis com precisão por meio de injeção.
Para permitir uma administração mais precisa do hidrogel, os pesquisadores propuseram-se a projetar uma impressora 3D em miniatura que pudesse ser integrada ao procedimento cirúrgico. Dispositivos de bioimpressão semelhantes já foram desenvolvidos para administrar hidrogéis no cólon e no fígado, mas esses dispositivos são grandes demais para serem usados durante a cirurgia das cordas vocais, realizada através da boca aberta do paciente com o auxílio de um laringoscópio. Para ser compatível com o procedimento cirúrgico, a cabeça de impressão precisava ser pequena o suficiente para caber na garganta do paciente sem obstruir a visão das pregas vocais pelo cirurgião.
“A princípio, achei que isso não seria viável – parecia um desafio impossível construir um robô flexível com menos de 3 mm de tamanho”, disse Luc Mongeau, autor principal e engenheiro biomédico da Universidade McGill.
O design do dispositivo foi inspirado nas trombas de elefantes. A cabeça de impressão consiste em um bocal na extremidade de uma “tromba” flexível, conectada por cabos semelhantes a tendões a um módulo de controle que pode ser montado em um microscópio cirúrgico. O dispositivo pode ser controlado manualmente em tempo real e funciona liberando um hidrogel à base de ácido hialurônico em linhas de 1,2 mm. Os pesquisadores programaram seus movimentos para serem precisos, exatos e repetíveis dentro de uma faixa de trabalho de 20 mm.
Para demonstrar a capacidade da cabeça de impressão de dispensar hidrogéis com precisão, os pesquisadores a utilizaram para “desenhar” manualmente formas, incluindo espirais 2D, corações e letras, em uma superfície plana. Em seguida, usaram o dispositivo para aplicar hidrogéis em pregas vocais simuladas, utilizadas para treinamento de cirurgiões. O dispositivo foi capaz de reconstruir com precisão a geometria das pregas vocais nesses modelos, que representavam defeitos teciduais, incluindo uma cavidade deixada após a remoção de uma lesão e uma prega vocal que necessitava de reconstrução completa.
“Parte do que torna este dispositivo tão impressionante é que ele se comporta de forma previsível, mesmo sendo essencialmente uma mangueira de jardim – e se você já viu uma mangueira de jardim, sabe que quando se começa a deixar a água correr por ela, ela fica descontrolada”, disse a coautora Audrey Sedal, engenheira biomédica da Universidade McGill.
Atualmente, o dispositivo é controlado manualmente, mas os pesquisadores estão trabalhando no desenvolvimento de um sistema que combine controle autônomo e manual.
“Estamos tentando traduzir isso para a prática clínica”, disse Mongeau. “O próximo passo é testar esses hidrogéis em animais e, com sorte, isso nos levará a ensaios clínicos em humanos para testar a precisão, a usabilidade e os resultados clínicos da bioimpressora e do hidrogel”. Para saber mais sobre o hidrogel, acesse o site.
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