Humano biônico cada vez mais próximo
Novas tecnologias permitem cirurgias com mais precisão, fabricação de próteses e órteses em 3D e, no futuro, a produção de órgãos em laboratório
Na série O homem de seis milhões de dólares, exibida na década de 1970, o astronauta Steve Austin sofre um acidente e fica gravemente ferido. Para ser salvo, é submetido a uma cirurgia que substitui um olho, um braço e as duas pernas por próteses biônicas. Os novos membros dão ao personagem capacidades especiais, como enxergar a longas distâncias com visão infravermelha e correr em alta velocidade. Quase 50 anos depois, os avanços tecnológicos vêm aproximando o indivíduo comum cada vez mais dessa ficção científica. As novas tecnologias não visam dar capacidades especiais ao ser humano, mas já permitem tratamento e cura de doenças, regeneração de órgãos e tecidos, produção de próteses e órteses em impressoras 3D, cirurgias minimamente invasivas com altíssima precisão e uso de nanotecnologia para regenerar membros. Em um futuro não muito distante, os cientistas pretendem criar órgãos em laboratório para aumentar a capacidade dos transplantes.
Os últimos avanços tecnológicos são tão substanciais que alguns pesquisadores já trabalham até mesmo no desenvolvimento de úteros artificiais. Em 2017, cientistas do Children’s Hospital of Philadelphia, nos Estados Unidos, reproduziram as condições próximas do útero com filhotes prematuros de ovelhas e, a partir desses testes promissores, pretendem usar o útero artificial com bebês prematuros em alguns anos. Pesquisadores dos Países Baixos e do Japão também estão desenvolvendo um útero artificial para bebês prematuros. A ideia desses cientistas é colocar os bebês em um ambiente com fluido que se assemelha às condições do útero humano, substituindo a incubadora e a respiração artificial, aumentando as chances de sobrevivência para cerca de 15 milhões de bebês que nascem prematuros anualmente no mundo – dos quais 1 milhão morre devido a complicações relacionadas à prematuridade.
As aplicações da impressão 3D na área da saúde também têm apresentado avanços notáveis, com produção de implantes e próteses persona, dispositivos médicos e odontológicos, tecnologias assistivas, equipamentos e instrumental cirúrgico. Essas aplicações estão se expandindo rapidamente e permitem tratamentos cada vez mais individualizados. Com as novas técnicas já é possível produzir próteses com as medidas exatas do osso perdido pelo paciente, imprimir modelos de órgãos para estudos cirúrgicos e moldes para desenvolver órteses. No lugar da tinta, a impressora 3D utiliza materiais como polímeros e silicone para a construção da peça por camadas. Um dos estudos mais recentes foi desenvolvido por pesquisadores da Universidade de Tel Aviv, em Israel, que conseguiram imprimir um coração 3D com tecido humano.
Um exemplo no Brasil é o trabalho dos pesquisadores do Centro de Estudos sobre o Genoma Humano e Células-Tronco da Universidade de São Paulo (CEGH-CEL-USP), que utilizam técnicas de Bioengenharia para produzir órgãos humanos em laboratório. Uma dessas pesquisas objetiva a produção de minifígados funcionais por impressão 3D. O pesquisador pós-doutorando Ernesto Goulart, um dos responsáveis pelo estudo – sob a coordenação da professora doutora Mayana Zatz, do Instituto de Biociências da Universidade de São Paulo (IB-USP) – trabalha com células-tronco produzidas a partir do sangue do próprio paciente para evitar rejeição. “Com essas células-tronco, em 90 dias são desenvolvidos os minifígados que fazem as mesmas funções do fígado normal, como sintetizar proteínas, armazenar e secretar substâncias exclusivas do órgão”, detalha o pesquisador.
Para fazer a bioimpressão em 3D do minifígado, as células são imersas em um hidrogel composto de água e polímeros orgânicos compatíveis. Neste ambiente, proliferam e sobrevivem, transformando-se em uma biotinta utilizada na bioimpressão. “Testamos a funcionalidade desses minifígados e o resultado foi surpreendente. Os tecidos eram altamente funcionais, mantendo estáveis as células vivas e funcionando por longos períodos. Conseguimos produzir um tecido isogênico que tem a mesma composição genética do paciente. A chance de rejeição é muito baixa”, acentua. Os pesquisadores querem melhorar a eficiência da tecnologia para produzir os minifígados em escala e aumentar o tamanho dos órgãos. Para isso, terão de aumentar a diversidade de tipos de células e trabalhar com biotintas melhores, que ainda estão sendo desenvolvidas. Atualmente, o estudo utiliza três tipos de células hepáticas, mas existem diversas outras que podem ser incorporadas nesses tecidos para aumentar a funcionalidade.
Segundo a professora da Faculdade de Farmácia da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), Patricia Pranke – única brasileira na Sociedade Internacional de Engenharia de Tecidos e Medicina Regenerativa (TERMIS) – uma das pesquisas mais adiantadas nessa área é a de construção de ossos com impressão 3D. No futuro, os impressos tridimensionais poderão reproduzir órgãos humanos idênticos aos naturais por meio dessa tecnologia. A pesquisa, em teste com pele e tecidos moles, tem mostrado resultados promissores no mundo em impressão de tecidos e miniórgãos. “A bioimpressão utiliza uma biotinta composta de material biologicamente compatível, ao qual podem ser adicionadas células do tecido que serão utilizadas na impressão dos tecidos”, detalha. Outro desafio dos cientistas tem sido usar a nanotecnologia na Medicina Regenerativa. A técnica é utilizada para formar materiais chamados scaffolds – como se fossem moldes –, que permitem cultivar células-tronco para crescer em meio a uma malha de nanofibras. O scaffold pode ser construído por milhares de nanofibras cruzadas, em uma estrutura parecida com uma teia de aranha.
A nanotecnologia possibilita, ainda, determinar se a taxa de degradação será lenta ou rápida, de acordo com a escolha do material. Se a intenção é fazer um biomaterial para regenerar a pele, a estratégia será usar um scaffold que faça a degradação rapidamente. Já nos casos de regeneração de osso, a escolha tem de ser por um material de degradação mais lenta. O grupo da pesquisadora une os conhecimentos de nanotecnologia, impressão 3D e células-tronco para desenvolver um novo material que sirva, por exemplo, para substituir a parte lesionada de um tecido. O estudo, ainda em fase de testes em laboratório, tem mostrado resultados promissores. “Ao produzir um tecido em laboratório, o principal desafio é garantir que seja uma estrutura porosa para passar oxigênio e nutrientes. Essas estruturas têm de ser tridimensionais para que as células possam penetrar, além de biocompatíveis e biodegradáveis para garantir a funcionalidade do tecido”, acrescenta a docente.
TRANSPLANTES
Dados da Associação Brasileira de Transplantes de Órgãos (ABTO) indicam que mais de 40 mil pessoas esperam pela doação de algum órgão no Brasil. O número aumenta a cada ano, mas a disponibilidade de doadores não segue na mesma velocidade. No caso de transplantes hepáticos, por exemplo, aproximadamente 5 mil pessoas aguardam na fila e só 2 mil procedimentos, em média, são realizados por ano – com entrada de quase 2,8 mil pacientes/ano. Na tentativa de ajudar, cientistas já utilizam técnicas de edição gênica para transplante de órgãos entre duas espécies diferentes – xenotransplante –, e há relatos de estudos em que rim e coração de suínos geneticamente modificados foram transplantados em babuínos e outros primatas, com uma sobrevida importante. Pesquisadores do CEGH-CEL-U SP, coordenados pelo professor doutor Silvano Raia em colaboração com a geneticista Mayana Zatz, trabalham há três anos no desenvolvimento de um protocolo de modificação genética de células de suínos para que os rins desses animais sejam compatíveis com o do ser humano. A pesquisa traz uma esperança para mais de 140 mil pacientes que precisam de hemodiálise no Brasil, dos quais 45% não são elegíveis para transplante renal e, por isso, têm sobrevida média baixa. “O xenotransplante avançou com as técnicas de edição gênica e a descoberta, em 2012, do sistema CRISPR-Cas9, que permitiu um significativo avanço no desenvolvimento de métodos de edição gênica de animais para fins de transplantes em humanos”, afirma o pesquisador Ernesto Goulart, primeiro autor do estudo.
O protocolo de modificação genética de células de suínos desenvolvido no CEGH-CEL-USP mostrou-se eficaz. Os cientistas já produziram células modificadas geneticamente e, agora, estão iniciando as primeiras etapas de clonagem de suínos, parecida com a que foi feita com a ovelha Dolly no fim da década de 1990. Segundo o professor Silvano Raia, entre os diferentes métodos testados, o xenotransplante é o que tem apresentado melhores resultados. “Os suínos são animais mais adequados devido à fisiologia semelhante à do ser humano, além de ser de fácil manuseio, ter tamanho adequado e ninhadas numerosas. Praticamente concluímos as etapas genéticas e, no momento, dependemos de um biotério para suínos geneticamente modificados que obedeça às rigorosas normas de biossegurança exigidas pelos órgãos competentes no Brasil e no exterior”, relata o professor, primeiro cirurgião a realizar transplante de fígado no Brasil e autor da técnica de transplante de fígado intervivos.
Líder na AL em cirurgia robótica
Com pouco mais de uma década desde a chegada do primeiro robô ao Brasil, o País é o que mais realiza cirurgias robóticas na América Latina, número que aumenta a cada ano. Um mapeamento realizado em 2019 pela empresa norte-americana Intuitive Surgical, que produz robôs-cirurgiões, mostra que houve aumento de 500% na procura por cirurgias robóticas no País nos últimos cinco anos – a Urologia lidera o ranking. Considerada a mais revolucionária das técnicas minimamente invasivas e das mais importantes inovações tecnológicas da Medicina do século 21, a cirurgia robótica já foi realizada mais de 45 mil vezes no Brasil. Atualmente, 75 robôs-cirurgiões atuam em hospitais de 13 estados brasileiros, de Norte a Sul. Os robôs têm a seu favor a tridimensionalidade, que facilita os procedimentos mais complexos ou que necessitem de visão de profundidade e pequenas incisões.
O médico Carlos Eduardo Domene, presidente da Sociedade Brasileira de Cirurgia Minimamente Invasiva e Robótica (Sobracil), ressalta que, apesar de importante, o método ainda é mais utilizado na rede privada porque os equipamentos e suprimentos mais caros impedem a sua plena implementação no Sistema Único de Saúde (SUS). Dados da Sobracil indicam que a videolaparoscopia convencional, usada desde a década de 1990, responde por aproximadamente 30% do volume de cirurgias no Brasil, enquanto as cirurgias robóticas ainda correspondem a menos de 1% do total de procedimentos.
“O SUS reconhece a videocirurgia para grande número de procedimentos, mas não pode disponibilizá-la em todo o Brasil. A cirurgia robótica ainda não consta na lista de procedimentos aprovados pelo SUS e pela Agência Nacional de Saúde Suplementar”, esclarece o médico Carlos Eduardo Domene. A cirurgia robótica caminha para ser digital com a incorporação de informações e auxílio em tempo real, Big Data, reconhecimento de imagem, conectividade e aprendizagem. No entanto, a digitalização somente poderá ser incorporada se houver uma interface entre paciente e médico, por meio de softwares. Para o docente, a cirurgia robótica é o primeiro passo rumo à digitalização dos procedimentos cirúrgicos, abrindo um cenário futuro que ainda não é possível projetar.
Como os movimentos desses instrumentos robóticos são milimétricos e com a mínima chance de erro é possível ter acesso a áreas mais delicadas do corpo humano, entre as quais o coração e o pulmão. Segundo o professor titular do Departamento de Cardiopneumologia da Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo (FMUSP), Paulo Manuel Pêgo Fernandes, na cirurgia torácica existem benefícios em vários casos de tumores de pulmão ou de mediastino. “Nessas situações os robôs têm boas indicações, porque o cirurgião consegue fazer a operação de forma delicada e menos invasiva, com baixa agressão e pouco sangramento”, acrescenta.
Atualmente, os instrumentos robóticos ainda são utilizados como uma extensão da mão do cirurgião e obedecem ao seu comando. Entretanto, as pesquisas em desenvolvimento com inteligência artificial acoplada visam fazer com que o robô, no futuro, seja programado para atuar com algum grau de autonomia. O professor lembra que, apesar de haver uma forte tendência de os cirurgiões optarem pela tecnologia menos invasiva, devido aos benefícios, existem muitos casos em que a melhor indicação ainda é o procedimento invasivo, e o bom senso é que deve orientar na escolha da melhor tecnologia para cada paciente.
Algoritmo visa melhorar segurança nos procedimentos
Pesquisadores da Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG), em parceria com a Universidade de Tóquio, trabalham para melhorar a precisão e a segurança das cirurgias robóticas. Os cientistas desenvolveram um código computacional (algoritmo) capaz de garantir que um movimento de 10 centímetros na mão de um médico se traduza para poucos milímetros na garra do robô. O professor doutor do Departamento de Engenharia Elétrica da Escola de Engenharia da UFMG e coordenador da pesquisa, Bruno Vilhena Adorno, afirma que o método trará mais segurança porque garantirá que não ocorram colisões entre as ferramentas do robô, nem que atravessem regiões consideradas críticas – como as ocupadas por órgãos e tecidos que não estão sendo operados. “Como toda prevenção de colisões é feita autonomamente, mesmo que existam partes da cena fora do campo de visão, o cirurgião poderá se concentrar no procedimento sem se preocupar com elementos secundários, o que potencialmente aumenta a qualidade do procedimento cirúrgico”, ressalta.
Após a primeira fase, que focou o modelo geométrico do robô, os pesquisadores trabalham na detecção automática das ferramentas. Nesta etapa da pesquisa foi detectado que as ações ainda não são perfeitas devido às discrepâncias entre o modelo geométrico e o robô no mundo real, por isso, os cientistas estão atualizando o modelo e o tempo real para aumentar a precisão e a segurança de todo o procedimento. “Esses nossos resultados são promissores e poderão ser usados não só em robótica cirúrgica, mas em qualquer aplicação em que robôs tenham de realizar procedimentos em ambientes confinados, seja de maneira autônoma ou teleoperada”, enfatiza.