Engenheiros do MIT projetam um ventilador macio e implantável

As imagens para download no site do MIT News office são disponibilizadas para entidades não comerciais, imprensa e público em geral sob uma licença Creative Commons Attribution Non-Commercial No Derivatives. Você não pode alterar as imagens fornecidas, a não ser recortá-las no tamanho certo. Uma linha de crédito deve ser utilizada na reprodução de imagens; se não for fornecido abaixo, credite as imagens ao "MIT".

Imagem anterior Próxima imagem

Para muitos de nós, o ato de respirar ocorre naturalmente. Nos bastidores, nosso diafragma – o músculo em forma de cúpula que fica logo abaixo da caixa torácica – funciona como um trampolim lento e constante, empurrando para baixo para criar um vácuo para os pulmões se expandirem e puxarem o ar, depois relaxando à medida que o ar é expelido. . Desta forma, o diafragma controla automaticamente a nossa capacidade pulmonar e é o principal músculo responsável pela nossa capacidade de respirar.

Mas quando a função do diafragma está comprometida, o instinto respiratório torna-se uma tarefa trabalhosa. A disfunção crônica do diafragma pode ocorrer em pessoas com ELA, distrofia muscular e outras doenças neuromusculares, bem como em pacientes com paralisia e danos ao nervo frênico, que estimula a contração do diafragma.

Um novo projeto de prova de conceito realizado por engenheiros do MIT visa um dia aumentar a função de sustentação da vida do diafragma e melhorar a capacidade pulmonar de pessoas com disfunção do diafragma.

A equipe do MIT desenvolveu um ventilador macio, robótico e implantável projetado para aumentar as contrações naturais do diafragma. No centro do sistema estão dois tubos macios em forma de balão que podem ser implantados sobre o diafragma. Quando inflados com uma bomba externa, os tubos atuam como músculos artificiais para empurrar o diafragma para baixo e ajudar os pulmões a se expandirem. Os tubos podem ser inflados a uma frequência que corresponda ao ritmo natural do diafragma.

Os pesquisadores demonstraram o ventilador implantável em modelos animais e mostraram que, em casos de comprometimento da função do diafragma, o sistema foi capaz de melhorar significativamente a quantidade de ar que os pulmões conseguiam aspirar.

Ainda há muito trabalho a ser feito antes que tal sistema implantável possa ser usado para tratar humanos com disfunção crônica do diafragma. Mas os resultados preliminares abrem um novo caminho na tecnologia de respiração assistida que os investigadores estão ansiosos por optimizar.

“Esta é uma prova de conceito de uma nova forma de ventilar”, diz Ellen Roche, professora associada de engenharia mecânica e membro do Instituto de Engenharia Médica e Ciência do MIT. “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.”

Roche e seus colegas publicaram seus resultados hoje na Nature Biomedical Engineering. Seus coautores no MIT incluem a primeira autora e ex-aluna de pós-graduação Lucy Hu, bem como Manisha Singh e Diego Quevedo Moreno; junto com Jean Bonnemain, do Hospital Universitário de Lausanne, na Suíça, e Mossab Saeed e Nikolay Vasiliev, do Hospital Infantil de Boston.

Uma pressão suave

O design do ventilador implantável da equipe surgiu do trabalho anterior da Roche em um dispositivo auxiliar para o coração. Como estudante de pós-graduação na Universidade de Harvard, Roche desenvolveu uma manga cardíaca projetada para envolver o coração para aliviar a pressão e fornecer suporte enquanto o órgão bombeia.

Agora no MIT, ela e seu grupo de pesquisa descobriram que uma assistência robótica suave e semelhante poderia ser aplicada a outros tecidos e músculos.

“Pensamos: qual é outro grande músculo que funciona ciclicamente e sustenta a vida? O diafragma”, diz Roche.

A equipe começou a explorar projetos para um ventilador implantável bem antes do início da pandemia de Covid-19, quando o uso de ventiladores convencionais aumentou junto com os casos. Esses ventiladores criam pressão positiva, na qual o ar é empurrado para baixo pelas vias aéreas centrais do paciente e forçado para dentro dos pulmões.