Como seria um pronto-socorro espacial? Biotintas, robôs magnéticos e tubos inspirados em fungos são apenas algumas das opções futurísticas.
EM UM DOS muitos futuros possíveis da HUMANIDADE, os destemidos exploradores encarregados de escalar montanhas que separam nuvens em atmosferas pobres em oxigênio ou de mapear crateras baixas e escuras de várias paisagens alienígenas nunca morreriam devido aos ferimentos durante perigosas expedições de reconhecimento.
Nem adoeceriam ou sofreriam danos genéticos, graças às câmaras de hipersono sobrecarregadas que curariam feridas que de outra forma seriam fatais.
Tal como acontece hoje, os astronautas não podem dar-se ao luxo de estar despreparados – em vez disso, devem estar equipados para lidar com todos os tipos de acidentes médicos, especialmente quando experimentam voos espaciais de longa duração para além do outro lado da Lua.
As espaçonaves atuais com classificação humana vêm abastecidas com suprimentos de emergência para ajudar a tripulação, principalmente coisas do dia a dia, como band-aids e aspirina, mas também itens mais especializados, como injeções de hidromorfona e aqueles famosos cobertores espaciais.
Embora os astronautas da Estação Espacial Internacional (ISS) tenham contado com eles, bem como com chamadas de telemedicina, para tratar doenças e manter um atestado de saúde, o fato é que estar em outro mundo pode prejudicar seriamente a capacidade de emergência e cuidados médicos.
A NASA observa que todos os membros da tripulação são treinados para manusear os dispositivos médicos a bordo – mas se uma cirurgia complexa for necessária e o paciente não puder ser transportado rapidamente de volta à Terra, os trainees terão que seguir em frente com ferramentas e experiência limitadas.
Felizmente, o pior que enfrentaram até agora foram os coágulos sanguíneos.
Para planejar estas crises inevitáveis, as agências espaciais aderiram à ciência da bioimpressão 3D para ajudar a revolucionar a medicina regenerativa para a vida no abismo cósmico e no solo.
Os pesquisadores já fizeram avanços na bioimpressão – o processo de geração de células vivas e produtos médicos de maneira semelhante à impressão 3D – criando tecidos, enxertos de pele e, eventualmente, órgãos inteiros para futuros transplantes, bem como ossos artificiais que poderiam se tornar peças “sobressalentes” para astronautas feridos.
Mas à medida que cresce a procura por tecnologias mais pequenas e compactas, outra classe de máquinas tem atingido novos patamares.
Capazes de esticar, apertar, dobrar e até torcer para cumprir suas tarefas, os “robôs macios? são fabricados com materiais inspirados em tecidos vivos, como a pele humana, em vez das estruturas rígidas usadas nos sistemas tradicionais de controle remoto.
Isto permite que os instrumentos robóticos interajam de forma mais segura com os nossos corpos e permite que os cirurgiões realizem procedimentos complicados com mais exatidão e precisão, diz Sheila Russo, professora assistente da Universidade de Boston especializada em projetos de engenharia mecânica para robôs cirúrgicos miniaturizados.
“Trabalho numa área onde construímos robôs que podem ajudar os pacientes a sobreviver”, explica Russo.
“Nós, como engenheiros, ouvimos as pessoas que têm problemas e queremos projetar uma solução robótica para isso.” Ela gosta de apontar o Baymax do Big Hero 6 como um exemplo fictício de um robô leve autônomo que cura pessoas com sucesso, seja com os vários dispositivos médicos com os quais está equipado ou oferecendo conselhos úteis.
Embora os acessórios em desenvolvimento não sejam capazes de simplesmente abraçar as dores de alguém (ainda), eles são leves e relativamente baratos de produzir, o que os torna fáceis de transportar para locais remotos, diz Russo.
Por exemplo, um laboratório do King’s College, no Reino Unido, está tentando resolver as limitações do ultrassom criando robôs flexíveis e adaptáveis que possam suportar ondas sonoras de alta energia.
À medida que esses protótipos ganham força no campo médico, ainda há uma longa lista de peculiaridades e desafios a serem enfrentados.
Mas o seu potencial infinito poderia ajudar os humanos a suportar circunstâncias extremas, tanto na Terra como nas estrelas.
Bioimpressora 3D flexível in situ
Dream Team: Universidade de Nova Gales do Sul
Função: canivete suíço
ETA: 5-7 anos
Agindo como um endoscópio médico, este pequeno braço robótico multifuncional (cerca de 0,8 polegadas de diâmetro) pode ser usado para consertar partes danificadas do corpo diretamente dentro do corpo do paciente.
Os dispositivos convencionais dependem de grandes impressoras de mesa para criar tecidos artificiais, que podem então ser mantidos e cultivados até amadurecerem ou implantados diretamente no corpo.
Mas este método de alto custo muitas vezes apresenta riscos, como danos estruturais ao órgão falso durante o transporte, lesões nos tecidos e contaminação quando a peça é retirada de um ambiente estéril.
A bioimpressora 3D flexível in situ (F3DB), por outro lado, funciona acessando áreas do corpo de difícil acesso por meio de pequenas incisões ou de orifícios naturais, como a boca ou o ânus.
“Cerca de 90 por cento do corpo humano tem uma estrutura tubular”, diz Thanh Nho Do, professor sênior da UNSW Sydney e um dos líderes da equipe do projeto.
“Se você puder desenvolver a tecnologia, [os robôs] poderão navegar por esse caminho em qualquer direção desejada.” Uma vez posicionada na área alvo, a cabeça de impressão multieixo do F3DB, que é montada em um braço extensível em forma de cobra, dobra seu bico para imprimir em três direções diferentes, fornece água para lavar sangue e tecido e atua como um bisturi elétrico para sinalizar e cortar lesões cancerígenas ou tumores.
É tão versátil em suas aplicações que poderia ser usado como uma ferramenta cirúrgica completa para profissionais médicos, diz Do.
Embora esta ferramenta ainda esteja a mais de meia década de testes em humanos, os pesquisadores planejam continuar usando a tecnologia háptica – dispositivos cheios de sensores que podem transmitir informações táteis – para manipular o dispositivo, para que um dia o sistema possa ser facilmente controlado em ambientes extremos como em estações espaciais ou em assentamentos lunares ou marcianos.
A instalação de biofabricação 3D
Time dos Sonhos: Espaço Redwire
Função: substituição do joelho
ETA: 5-10 anos
Uma adição recente à ISS, o 3D BioFabrication Facility (BFF) e o Advanced Space Experiment Processor são duas cargas separadas que se combinam para formar um poderoso laboratório de bioimpressão 3D.
Em colaboração com o Laboratório Nacional da ISS e a Universidade de Serviços Uniformizados do Centro de Ciências da Saúde para Biotecnologia, os pesquisadores da Redwire planejam usá-lo para recriar parte de um joelho humano no espaço – especificamente o menisco, cartilagem que ajuda a absorver choques e estabiliza o articulação.
Se for bem sucedido, poderá ser o primeiro passo para ajudar a tratar lesões graves nos joelhos dos membros do serviço militar dos EUA na Terra.
“Um menisco rompido é um dos problemas, senão o mais comum, que nossos militares enfrentam”, diz Ken Savin, cientista-chefe da empresa de fabricação aeroespacial.
“[É] uma questão do dia a dia que muitas pessoas têm e que se traduz para a população em geral, por isso é um grande alvo a perseguir.” A própria impressora, que tem aproximadamente o tamanho de uma geladeira de dormitório, cultiva células-tronco adultas pré-colhidas em uma solução chamada biotinta.
Depois de aquecida, alimentada com nutrientes líquidos e estimulada para crescer, a mistura pode ser colocada em camadas em estruturas ultrafinas e precisas a bordo da ISS e depois enviada de volta à Terra.
Fortes forças gravitacionais fazem com que os tecidos moles se espalhem como poças de água, mas no espaço é de esperar que mantenham a sua forma devido à microgravidade inerente à ISS, diz Savin.
“Quando você remove a gravidade, você abre um campo totalmente novo da ciência”, diz Savin.
“Isso permite que você faça coisas e veja coisas que de outra forma estariam ocultas.” Assim que a ISS for desativada (o que acontecerá após 2030), a Redwire pretende continuar avançando em sua pesquisa de biofabricação a bordo da estação espacial planejada da Blue Origin, Orbital Reef.
Embora a empresa ainda esteja nos estágios iniciais de planejamento do projeto do menisco, Savin espera que ele seja um trampolim para muitos outros avanços médicos, incluindo adesivos cardíacos individualizados que restauram a função cardíaca.
Dependendo do tamanho do tecido impresso em 3D, a produção provavelmente levaria menos de um dia.
E essa não é a única maneira pela qual a BFF levaria adiante as tecnologias anatômicas.
Com a comercialização futura, o laboratório portátil poderá ajudar os candidatos à doação de órgãos a evitar longos tempos de espera e substituições inorgânicas de qualidade inferior.
O robô de crescimento suave
Time dos Sonhos: Universidade de Minnesota
Função: tubo de alongamento infinito
HEC: 10+ anos
Inspirados nas raízes das plantas, nos tubos polínicos e nos fungos, engenheiros da Universidade de Minnesota desenvolveram recentemente um processo que permite que robôs leves exibam um nível de movimento chamado crescimento de pontas, anteriormente visto apenas na natureza. Os organismos utilizam este método para adicionar novas células às extremidades dos seus corpos, permitindo-lhes gerar estruturas grandes e específicas ao longo do tempo, atravessar terrenos acidentados com facilidade e navegar através de estímulos externos, como luz ou sinais químicos.
Em 2022, os pesquisadores conseguiram imitar esse processo em seu próprio protótipo robótico usando uma técnica chamada fotopolimerização, que utiliza luz para transformar moléculas líquidas em materiais sólidos. É uma estratégia de impressão 3D popular na área médica, especificamente para criar modelos anatômicos precisos dos corpos dos pacientes, mas nesta nova aplicação, permite que um robô macio construa seu próprio corpo a partir de uma solução de monômero líquido enquanto navega em ambientes complexos.
Capaz de realizar uma série de tarefas exploratórias à medida que avança em seu caminho, este dispositivo semelhante a uma minhoca pode crescer até velocidades de cerca de 13 centímetros por minuto, esticar-se até cerca de 1,5 metro e evitar e até mesmo desviar obstáculos para alcançar os recessos mais profundos da Terra. o corpo humano. A ferramenta pode ser especialmente útil para áreas médicas como ginecologia e urologia, de acordo com Timothy Kowalewski, professor associado de engenharia mecânica na Universidade de Minnesota e membro do projeto. Ele também vê isso fazendo diferença em procedimentos como intubação automatizada e tratamento de ataque cardíaco, onde cateteres macios são empurrados através dos vasos sanguíneos para estabilizar o paciente.
A bioimpressora portátil BioPrint FirstAid
Dream Team: O Centro Aeroespacial Alemão
Função: Band-Aid Celular
ETA: 5-10 anos
Nem todos os robôs leves foram feitos para transformar humanos em ciborgues com peças mecânicas sofisticadas. Um protótipo de bioimpressora, desenvolvido pelo Centro Aeroespacial Alemão, foi concebido para acelerar o processo de cura do próprio astronauta, diz Michael Becker, gestor de projeto do programa.
Como outras inovações em cuidados de saúde centrados no espaço, a bioimpressora portátil BioPrint FirstAid usará células coletadas de astronautas antes da missão para preparar cartuchos de biotinta personalizados para tratamento de emergência de feridas, como consertar lesões superficiais e até mesmo fraturas ósseas. Provavelmente a primeira versão portátil de uma bioimpressora no espaço, o dispositivo se assemelha a uma pistola de cola compacta – completa com cabeça de impressão, rodas guia e espaço para acomodar dois cartuchos de tinta biológica para fácil acesso e uso.
Embora a máquina tenha sido criada para ser operada totalmente manualmente, o processo de impressão real leva apenas alguns minutos, explica Becker. “Basicamente, você coloca a impressora no braço ou em outro lugar e passa sobre a pele machucada.” O bocal então empurra a solução para fora para criar uma cobertura semelhante a gesso. Em 2021, o astronauta da ESA Matthias Maurer demonstrou a tecnologia utilizando células simuladas durante uma sessão de treino na Terra, e fê-lo novamente em 2022 durante a sua missão Cosmic Kiss na ISS.
Ter uma bioimpressora portátil em um voo espacial de longa duração permitiria à tripulação fornecer rapidamente atendimento médico personalizado, mas os criadores precisam primeiro superar dois obstáculos: determinar quantos cartuchos de biotinta seriam necessários para uma determinada viagem interplanetária e calcular saiba como armazená-los em um ambiente estável. “O desafio agora [é] criar tinta onde essas células possam sobreviver para missões de longo prazo”, diz Becker.
A equipe espera que a ferramenta amigável aos astronautas encontre usos alternativos, como em missões de pesquisa em ambientes hostis como a Antártica ou para pacientes acamados.
O robô cateter macio ferromagnético
Dream Team: Universidade Huazhong de Ciência e Tecnologia
Função: Bioimpressora magnética
HEC: Décadas
Outro robô projetado para imprimir tecidos e órgãos dentro do corpo humano de forma minimamente invasiva, o robô de cateter macio ferromagnético (FSCR) se destaca de seus equivalentes porque depende de ímãs para se movimentar.
“Este trabalho fornece duas ideias muito novas”, diz Jianfeng Zang, professor da Universidade de Ciência e Tecnologia de Huazhong, cujo trabalho gira em torno de preencher a lacuna entre as máquinas duras e o corpo humano macio. “Primeiro, podemos fazer bioimpressão minimamente invasiva, e o segundo é que usamos um sistema magnético para fazer isso.”
Normalmente, esses tipos de máquinas médicas usam motores para se impulsionarem pelo corpo do paciente. Mas o grupo de Zang dispersa partículas do metal de terras raras neodímio no centro de seu robô em forma de cateter, que também funciona como uma bioimpressora capaz de fabricar estruturas complexas. O dispositivo pode ser rapidamente direcionado por meio de um ímã externo controlado por computador para transportar materiais como medicamentos ou biotintas injetáveis através de ambientes estreitos e sinuosos. Também é altamente durável porque o neodímio mantém o seu magnetismo durante centenas de anos.
Os pesquisadores estão trabalhando para miniaturizar ainda mais o dispositivo, que atualmente tem uma fração de polegada. Poderia um dia oferecer aos médicos um controle mais preciso sobre os movimentos do instrumento e permitir-lhes realizar procedimentos complexos sem raios X radioativos.
“Queremos apenas usar robôs magnéticos para tratar alguma doença ou fazer alguma cirurgia precisa que a tecnologia existente não consegue fazer”, diz Zang. “É o nosso sonho.”
Publicado em 06/04/2024 11h55
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