A capacidade de realizar ressonância magnética funcional (fMRI) durante a estimulação cerebral profunda (DBS) é importante para a compreensão dos efeitos das terapias com DBS. O DBS, que envolve a estimulação elétrica dos tecidos neurais por meio de eletrodos implantados, é usado para tratamentos de distúrbios do movimento, como a doença de Parkinson e o tremor essencial. Mas os mecanismos terapêuticos e os efeitos neuromoduladores do DBS não são bem compreendidos.
Enquanto a fMRI fornece uma ferramenta poderosa para mapear a atividade cerebral, a forte interferência do campo magnético dos eletrodos convencionais de metal DBS cria artefatos nas imagens de RM. Tais artefatos impedem o mapeamento funcional e estrutural de grandes volumes de tecidos cerebrais ao redor dos eletrodos e impedem a visualização de respostas locais no local da estimulação durante DBS e fMRI simultâneos.
Uma equipe na China agora mostrou que o uso de novos microeletrodos de fibra de grafeno (GF) DBS pode permitir o mapeamento completo do padrão de ativação durante a DBS-fMRI em um modelo de rato da doença de Parkinson. Os eletrodos GF causaram interferência mínima no campo magnético de um scanner de 9,4 T MRI, permitindo imagens significativamente melhores, livres de artefatos ou quase livres de artefatos, do que aquelas criadas ao usar fios de tungstênio ou eletrodos de platina e irídio.
Os pesquisadores da Universidade de Pequim e do Instituto de Neurociência da Academia Chinesa de Ciências fabricaram eletrodos GF com capacidade de injeção de carga 70 vezes maior que os eletrodos DBS feitos de platina-irídio, o material mais comumente usado em dispositivos de estimulação neural clínica. Esta alta capacidade de injeção de carga é desejável para diminuir o tamanho do artefato de RM e melhorar a resolução da estimulação.
Os investigadores principais Xiaojie Duan e Zhifeng Liang criaram os GFs a partir de suspensões aquosas de óxido de grafite injetadas em uma tubulação de vidro. Eles assaram o oleoduto a 230 ° C para produzir um GF correspondente à geometria do tubo, com um diâmetro de fibra de cerca de 75 µm.
Para fabricar um microeletrodo estimulador de GF, eles colaram dois GFs isolados alinhados em paralelo, com uma extremidade soldada a um conector de cobre compatível com MRI personalizado que faz interface com o gerador de pulso de estimulação. Os GFs foram então cortados mecanicamente para expor suas seções transversais como locais eletricamente ativos. Esses eletrodos GF mostraram um limite mais alto de injeção de carga do que a maioria dos materiais disponíveis.
Os pesquisadores testaram a capacidade de DBS dos eletrodos de GF, usando-os para estimular o núcleo subtalâmico em ratos parkinsonianos, com parâmetros de estimulação replicando uma configuração clínica de DBS. Eles observaram melhora significativa na mobilidade dos ratos, confirmando a eficácia terapêutica do núcleo subtalâmico-DBS com eletrodos de GF.
A comparação de artefatos de MRI gerados pelos microeletrodos GF com aqueles criados por microeletrodos de platina-irídio com o mesmo diâmetro mostrou que os eletrodos GF exibiam artefatos muito menores nas imagens anatômicas e nas imagens funcionais (eco planar imaging). Os eletrodos GF também mostraram alta estabilidade sob pulsação contínua de sobrecorrente.
“Os eletrodos de GF causaram mínima interferência no campo magnético, e sua presença não causaria atenuação significativa nos sinais de fMRI, permitindo assim um mapeamento completo e imparcial do padrão de ativação nos estudos DBS / fMRI”, escrevem os pesquisadores. “Essa vantagem é crítica para explorar os efeitos e mecanismos neuromodulatórios das terapias com DBS”.
“Com a capacidade exclusiva de mapeamento completo e imparcial de todo o circuito e conectividade de rede sem obstruir os núcleos cerebrais, futuros estudos de DBS com eletrodos GF em diferentes alvos e com frequência e força de estimulação variadas podem fornecer informações importantes sobre circuitos cerebrais e conexões de rede , bem como os mecanismos terapêuticos subjacentes a várias terapias de DBS”, escrevem eles.
A equipe agora espera usar os eletrodos GF para estudos de DBS-fMRI em outros distúrbios neurológicos, como depressão resistente ao tratamento.
Publicado em 10/06/2020 03h52
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