Pesquisadores do MIT criam ventilador robótico implantável

Por Brianna Wessling | 20 de dezembro de 2022

Ellen Roche com o ventilador macio e implantável projetado por ela e sua equipe. | Fonte: MIT, M. Scott Brauer

Pesquisadores do MIT projetaram um ventilador implantável robótico macio que pode aumentar as contrações naturais do diafragma.

O ventilador implantável é feito de dois tubos macios em forma de balão que seriam implantados sobre o diafragma. Quando inflados com uma bomba externa, os tubos atuam como músculos artificiais que empurram o diafragma para baixo e ajudam os pulmões a se expandirem. Os tubos podem ser inflados para corresponder ao ritmo natural do diafragma.

O diafragma fica logo abaixo da caixa torácica. Ele empurra para baixo para criar um vácuo para os pulmões se expandirem, para que possam aspirar o ar e, em seguida, relaxa para deixar o ar sair.

Os tubos do ventilador são semelhantes aos atuadores McKibben, uma espécie de dispositivo pneumático. A equipe prendeu os tubos à caixa torácica em ambos os lados do diafragma, de modo que o dispositivo ficasse colocado sobre o músculo, da frente para trás. Usando uma linha de ar externa fina, a equipe conectou os tubos a uma pequena bomba e sistema de controle.

Este ventilador macio foi projetado por Ellen Roche, professora associada de engenharia mecânica e membro do Instituto de Engenharia Médica e Ciência do MIT e seus colegas. A equipe de pesquisa criou um projeto de prova de conceito para o ventilador.

“Esta é uma prova de conceito de uma nova forma de ventilar”, disse Roche ao MIT News. “A biomecânica deste projeto está mais próxima da respiração normal, em comparação com ventiladores que empurram o ar para os pulmões, onde você tem uma máscara ou traqueostomia. Há um longo caminho antes que isso seja implantado em um ser humano. Mas é emocionante podermos mostrar que podemos aumentar a ventilação com algo implantável.”

De acordo com a Roche, a chave para maximizar a quantidade de trabalho que a bomba implantável realiza é dar ao diafragma um empurrão extra para baixo quando ele se contrai naturalmente. Isso significa que a equipe não precisou tentar imitar exatamente como o diafragma se move, apenas criar um dispositivo capaz de dar esse empurrão.

O ventilador implantável é feito de dois tubos colocados ao longo do diafragma. | Fonte: MIT

Roche e sua equipe testaram o sistema em porcos anestesiados. Após implantar o dispositivo, eles monitoraram os níveis de oxigênio dos porcos e usaram imagens de ultrassom para observar a função do diafragma. Geralmente, a equipe descobriu que o ventilador aumentava a quantidade de ar que os pulmões dos porcos conseguiam inspirar a cada respiração. O dispositivo funcionou melhor quando as contrações do diafragma e dos músculos artificiais funcionavam em sincronia, permitindo que os pulmões dos porcos injetassem três vezes mais ar sem ajuda.

A equipe espera que seu dispositivo possa ajudar pessoas que sofrem de disfunções crônicas do diafragma, que podem ser causadas por ELA, distrofia muscular e outras doenças neuromusculares, paralisia e danos ao nervo frênico.

A equipe de pesquisa incluiu Roche, ex-aluna de pós-graduação do MIT Lucy Hu, Manisha Singh, Diego Quevedo Moreno, Jean Bonnemain do Hospital Universitário de Lausanne na Suíça e Mossab Saeed e Nikolay Vasiliev do Hospital Infantil de Boston.