Ciência

Grafeno e realidade virtual ajudam a recuperar de AVC e lesões na coluna vertebral

Grafeno e realidade virtual ajudam a recuperar de AVC e lesões na coluna vertebral

Os cientistas procuram formas de tratar lesões da coluna vertebral com implantes à base de grafeno, e recurso a jogos de realidade virtual (RV) para ajudar na recuperação dos Acidentes Vasculares Cerebrais (AVC).

Poucos ferimentos humanos são tão catastróficos como os causados à coluna vertebral. Um acidente, doença ou ato de violência que afete a coluna vertebral pode resultar em problemas de funcionamento e mesmo na paralisia, em quase qualquer parte do corpo.

A coluna vertebral é muitíssimo complexa, com capacidade limitada de regeneração e quaisquer implicações de saúde são geralmente a longo prazo e crónicas.

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Embora não se conheça ainda nenhuma forma de reparar uma lesão da espinal medula (LEM), os cientistas podem estar à beira de algumas descobertas importantes. Estão a ser adotadas novas abordagens para reverter os danos nervosos, com alguns investigadores a tentarem remodelar a arquitetura da medula espinal utilizando materiais concebidos em laboratório.

Paula Marques, cientista de materiais da Universidade de Aveiro em Portugal, e os seus colegas, procuram moldar uma armação que possa substituir o tecido vertebral danificado recorrendo a um determinado biomaterial. Isto irá criar uma ponte sobre a área danificada, dando ao cérebro uma via alternativa para comunicar com o corpo.

A esperança é que, dentro da próxima década, estes biomateriais resultem em novos tratamentos radicais para as 250 a 500 mil pessoas que sofrem lesões da espinal-medula em todo o mundo todos os anos.

"Mesmo uma pequena melhoria no tratamento pode levar a uma grande mudança na qualidade de vida", afirma Paula Marques.

Regeneração nervosa

Além disso, o implante da armação apoiaria a regeneração das células nervosas naturais, permitindo ao corpo retomar eventualmente a sua função natural sem assistência. Paula Marques é a principal investigadora do projeto NeuroStimSpinal, um projeto EIC Pathfinder no âmbito do Horizonte 2020, que visa desenvolver um material baseado em grafeno combinado com outro, rico em proteínas colhidas de humanos conhecido como "matriz extracelular descelularizada". No corpo humano, uma matriz extracelular fornece a estrutura e o suporte às células vivas.

Esta mistura de matriz e material à base de grafeno cria uma estrutura 3D que imita habilmente a morfologia da medula espinal nativa. Formará a espinha dorsal - por assim dizer - do implante do projeto.

O grafeno (folha plana de átomos de carbono) mostra excelentes propriedades elétricas, o que significa que é condutora de corrente, um pré-requisito para qualquer material que deva ser utilizado para enviar impulsos elétricos ao longo da medula espinal.

É importante notar que a armação é porosa, o que significa que as células e o líquido cefalorraquidiano podem passar através dela. É também biocompatível, evitando a rejeição pelo organismo, e biodegradável, permitindo que seja programado para se degradar com o tempo.

Função de restauro

Paula Marques descreve o seu trabalho como "revolucionário" e diz que o potencial de restaurar a função a pessoas com paralisia é enorme.

"Vejo uma esperança real", afirma. "A minha única frustração é não podermos avançar mais depressa com esta investigação, a lesão medular tem um impacto muito grande na vida humana".

Existem dois tipos principais de células no tecido nervoso: os neurónios, que transmitem impulsos elétricos, e as células gliais, que não são condutoras e fornecem um sistema de suporte para os neurónios. Em experiências de laboratório, a equipa NeuroStimSpinal, que inclui especialistas em ciência dos materiais, engenharia eletrónica, física e biologia, descobriu que quando a armação é "semeada" com células progenitoras neurais embriónicas (células que se renovam e têm o potencial de se desenvolverem em células neuronais ou células gliais) e é aplicado um estímulo elétrico, as células estaminais "neutras" diferenciam-se com sucesso numa mistura dos dois tipos de células.

"Isto é muito encorajador. Mostra que a armação pode proporcionar um bom ambiente para as células nervosas voltarem a crescer", explica Paula Marques.

O seu grupo é um dos poucos em todo o mundo que conseguiu fazer com que as células estaminais neurais se transformassem em novas linhagens celulares em condições de laboratório.

No entanto, até à data, não foi alcançado tal sucesso em animais vivos.

Nos próximos meses, a equipa irá transplantar versões em miniatura desta armação em ratos. Será aplicada uma corrente elétrica ao implante através de uma unidade de controlo inserida sob a pele dos animais para acelerar o recrescimento do tecido. Se estas experiências mostrarem que a regeneração da medula espinal dos animais é possível com a armação instalada, Paula Marques pedirá novo financiamento para levar o seu trabalho para o nível seguinte.

"Espero que possamos contribuir com os nossos conhecimentos científicos para dar um passo em frente no sentido da reparação de LEM", disse.

Acidente catastrófico

Um Acidente Vascular Cerebral é outro evento catastrófico da vida que pode resultar em danos para o sistema nervoso. Os AVC, além de serem a segunda causa de morte a nível mundial, são a terceira causa principal de número de anos de vida ajustados por incapacidade (DALY), uma métrica utilizada para avaliar o fardo da morte e da doença.

Os cientistas têm ainda de encontrar uma forma de substituir as células cerebrais mortas resultantes de um coágulo que esteja a bloquear o fluxo de sangue e oxigénio ao cérebro, mas estão a começar a explorar a mais recente tecnologia, como os avanços na realidade virtual (RV), para ajudar os doentes a recuperar de algumas das consequências a longo prazo.

Após um AVC, as mãos podem ficar rígidas devido a ligações danificadas entre o cérebro e os músculos da mão. Esta "espasticidade" pode tornar difícil, ou quase impossível, endireitar os dedos ou agarrar um objeto.

"Estas limitações das mãos podem ter um impacto grave na vida diária", afirma Joseph Galea, investigador em neurociência motora da Universidade de Birmingham, no Reino Unido.

"Embora tenhamos vindo a dar muita atenção à melhoria de movimentos de amplitude e de alcance do braço após um AVC, tem havido pouco trabalho para melhorar a funcionalidade das mãos". Galeg quer melhorar a recuperação do movimento das mãos com o projeto ImpHandRehab. Com financiamento do Conselho Europeu de Investigação, este projeto pede aos doentes com AVC que realizem tarefas que envolvam movimentos da mão cada vez mais complexos - uma forma de reabilitação que acabará por melhorar a destreza e a qualidade de vida. Os utilizadores executam as tarefas usando uns óculos de RV emparelhado com luvas de captação de movimento simples e a preços acessíveis.

Realidade virtual imersiva

O que motiva os utilizadores a manterem-se fiéis às suas tarefas?

"Jogos de computador", explica Galeg. "Desenvolvemos dois jogos de realidade virtual realmente imersivos que recompensam as pessoas por fazerem cada vez melhor tarefas como estourar um balão ou controlar um submarino. Notámos que quanto mais pontos ou moedas estiverem em jogo, mais a pessoa se irá esforçar e melhor será o seu desempenho". Melhor de tudo, ele e os seus colegas descobriram que depois de jogar durante um longo período de tempo, a melhoria no desempenho da mão persiste mesmo quando são retirados os óculos de RV.

"Prevemos que a nossa solução seja utilizada pelos doentes em casa. Seria complementar às técnicas tradicionais de reabilitação".

A investigação neste artigo foi financiada pelo Conselho Europeu de Investigação da UE e foi originalmente publicado na Horizon, a Revista de Investigação e Inovação da UE.

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