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Como minúsculos implantes bioeletrônicos podem algum dia substituir as drogas farmacêuticas

Os cientistas estão usando a medicina bioeletrônica para tratar doenças inflamatórias, uma abordagem que capitaliza a antiga 'fiação' do sistema nervoso.

Esquerda: o nervo vago, o nervo craniano mais longo do corpo. À direita: Implante de estimulação do nervo vago da SetPoint Medical.

• A medicina bioeletrônica é um campo emergente que se concentra na manipulação do sistema nervoso para tratar doenças.
• Estudos clínicos mostram que o uso de dispositivos eletrônicos para estimular o nervo vago é eficaz no tratamento de doenças inflamatórias como a artrite reumatóide.
• Embora ainda não seja aprovado pela Food and Drug Administration dos EUA, a estimulação do nervo vago também pode ser eficaz no tratamento de outras doenças como câncer, diabetes e depressão.

Um minúsculo dispositivo eletrônico poderia tratar algumas doenças com mais segurança e eficácia do que medicamentos farmacêuticos?

Para Kelly Owens, a resposta foi clara. Ela passou mais de uma década sofrendo da doença de Crohn, uma doença inflamatória intestinal crônica que a deixou com artrite severa nas articulações. A dor a obrigou a usar uma bengala, às vezes uma cadeira de rodas. Ela experimentou mais de 20 medicamentos e arrecadou mais de US $ 1 milhão em contas médicas, mas sua condição não melhorou.

Um médico disse a Owens e seu marido que eles não deveriam ter filhos e que ela teria que tomar esteróides pelo resto da vida.

Então Owens voltou-se para a medicina bioeletrônica. Ela procurou o Dr. Kevin Tracey, um pioneiro na área e presidente e CEO do Feinstein Institutes for Medical Research em Nova York. Logo depois, Owens e seu marido se mudaram para Amsterdã para participar de um ensaio clínico envolvendo uma abordagem bioeletrônica relativamente nova para tratar a inflamação.

Os médicos implantaram um pequeno dispositivo eletrônico em seu peito que estimulou seu nervo vago, o nervo craniano mais longo do corpo. Depois de duas semanas, Owens não precisava da bengala ou da cadeira de rodas. Logo ela estava correndo em uma esteira.

Um crescente corpo de pesquisas dentro da medicina bioeletrônica mostra que é possível tratar doenças manipulando o sistema nervoso. O campo é essencialmente uma fusão de neurociência, biologia molecular e neurotecnologia. Dr. Tracey e seus colegas acham que o campo pode algum dia substituir ou complementar muitos medicamentos usados ​​para tratar doenças importantes, incluindo câncer e Alzheimer.

Mas como? A resposta se concentra em como o sistema nervoso controla os processos moleculares do corpo.

... o aspecto mais revolucionário da medicina bioeletrônica, de acordo com o Dr. Tracey, é que abordagens como a estimulação do nervo vago não teriam efeitos colaterais prejudiciais e potencialmente mortais, como muitos medicamentos fazem atualmente.

Os antigos reflexos do sistema nervoso

Você acidentalmente colocou sua mão em um fogão quente. Quase instantaneamente, sua mão se retira.

O que fez sua mão se mover? A resposta é não que você decidiu conscientemente que o fogão estava quente e que deveria mexer a mão. Em vez disso, foi um reflexo: os receptores de pele em sua mão enviaram impulsos nervosos para a medula espinhal, que em última instância enviaram de volta os neurônios motores que fizeram sua mão se mover. Tudo isso ocorreu antes que seu 'cérebro consciente' percebesse o que aconteceu.

Da mesma forma, o sistema nervoso possui reflexos que protegem as células individuais do corpo.

“O sistema nervoso evoluiu porque precisamos responder aos estímulos do ambiente”, disse a Dra. Tracey. “Os sinais neurais não vêm do cérebro primeiro. Em vez disso, quando algo acontece no ambiente, nosso sistema nervoso periférico percebe e envia um sinal ao sistema nervoso central, que compreende o cérebro e a medula espinhal. E então o sistema nervoso responde para corrigir o problema. '

Então, o que aconteceria se os cientistas pudessem 'hackear' o sistema nervoso, manipulando a atividade elétrica no sistema nervoso para controlar processos moleculares e produzir resultados desejáveis? Esse é o objetivo principal da medicina bioeletrônica.

'Existem bilhões de neurônios no corpo que interagem com quase todas as células do corpo e, em cada uma dessas terminações nervosas, os sinais moleculares controlam os mecanismos moleculares que podem ser definidos e mapeados e potencialmente colocados sob controle', disse o Dr. Tracey em um TED Talk .

“Muitos desses mecanismos também estão envolvidos em doenças importantes, como câncer, Alzheimer, diabetes, hipertensão e choque. É muito plausível que encontrar sinais neurais para controlar esses mecanismos seja uma promessa para dispositivos que substituirão alguns dos medicamentos atuais para essas doenças. '

Como os cientistas podem hackear o sistema nervoso? Durante anos, pesquisadores no campo da medicina bioeletrônica se concentraram no nervo craniano mais longo do corpo: o nervo vago.

Além do mais, os ensaios clínicos mostram que a estimulação do nervo vago não apenas 'desliga' a inflamação, mas também ativa a produção de células que promovem a cura.

O nervo vago

Sinais elétricos, vistos aqui em uma sinapse, viajam ao longo do nervo vago para desencadear uma resposta inflamatória.

Crédito: Adobe Stock via solvod

O nervo vago ('vago' significa 'errante' em latim) compreende dois ramos nervosos que se estendem do tronco cerebral até o tórax e abdome, onde as fibras nervosas se conectam aos órgãos. Os sinais elétricos viajam constantemente para cima e para baixo no nervo vago, facilitando a comunicação entre o cérebro e outras partes do corpo.

Um aspecto dessa comunicação de ida e volta é a inflamação. Quando o sistema imunológico detecta um ferimento ou ataque, ele dispara automaticamente uma resposta inflamatória, que ajuda a curar ferimentos e afastar invasores. Mas, quando não implantada corretamente, a inflamação pode se tornar excessiva, exacerbando o problema original e potencialmente contribuindo para doenças.

Em 2002, o Dr. Tracey e seus colegas descobriram que o sistema nervoso desempenha um papel fundamental no monitoramento e modificação da inflamação. Isso ocorre por meio de um processo chamado de reflexo inflamatório . Em termos simples, funciona assim: quando o sistema nervoso detecta estímulos inflamatórios, ele reflexivamente (e subconscientemente) implanta sinais elétricos através do nervo vago que acionam processos moleculares antiinflamatórios.

Em experimentos com roedores, o Dr. Tracey e seus colegas observaram que os sinais elétricos que viajam pelo nervo vago controlam o TNF, uma proteína que, em excesso, causa inflamação. Esses sinais elétricos viajam pelo nervo vago até o baço. Lá, os sinais elétricos são convertidos em sinais químicos, desencadeando um processo molecular que acaba produzindo o TNF, o que agrava doenças como a artrite reumatóide.

A incrível reação em cadeia do reflexo inflamatório foi observada pelo Dr. Tracey e seus colegas em maiores detalhes por meio de experimentos com roedores. Quando estímulos inflamatórios são detectados, o sistema nervoso envia sinais elétricos que viajam pelo nervo vago até o baço. Lá, os sinais elétricos são convertidos em sinais químicos, que acionam o baço para criar um glóbulo branco chamado célula T, que então cria um neurotransmissor chamado acetilcolina. A acetilcolina interage com os macrófagos, que são um tipo específico de glóbulo branco que cria o TNF, uma proteína que, em excesso, causa inflamação. Nesse ponto, a acetilcolina ativa os macrófagos para interromper a superprodução de TNF - ou inflamação.

Experimentos mostraram que, quando uma parte específica do corpo está inflamada, fibras específicas dentro do nervo vago começam a disparar. Dr. Tracey e seus colegas foram capazes de mapear essas relações. Mais importante, eles foram capazes de estimular partes específicas do nervo vago para 'desligar' a inflamação.

Além do mais, os ensaios clínicos mostram que a estimulação do nervo vago não apenas 'desliga' a inflamação, mas também ativa a produção de células que promovem a cura.

'Em experimentos com animais, entendemos como isso funciona', disse Tracey. “E agora temos testes clínicos que mostram que a resposta humana é a prevista pelos experimentos de laboratório. Muitos limites científicos foram ultrapassados ​​na clínica e no laboratório. Estamos literalmente no ponto de etapas e estágios regulatórios e, em seguida, marketing e distribuição antes que essa ideia decole. '

O futuro da medicina bioeletrônica

A estimulação do nervo vago já pode tratar a doença de Crohn e outras doenças inflamatórias. No futuro, também pode ser usado para tratar câncer, diabetes e depressão.

Crédito: Adobe Stock via Maridav

A estimulação do nervo vago está atualmente aguardando a aprovação da Food and Drug Administration dos EUA, mas até agora, ela se provou segura e eficaz em testes clínicos em humanos. Dr. Tracey disse que a estimulação do nervo vago pode se tornar um tratamento comum para uma ampla gama de doenças, incluindo câncer, Alzheimer, diabetes, hipertensão, choque, depressão e diabetes.

'Na medida em que a inflamação é o problema da doença, parar a inflamação ou suprimir a inflamação com estimulação do nervo vago ou abordagens bioeletrônicas será benéfico e terapêutico', disse ele.

Para receber a estimulação do nervo vago, seria necessário ter um dispositivo eletrônico, do tamanho de um feijão, cirurgicamente implantado no pescoço durante um procedimento de 30 minutos. Algumas semanas depois, você visitaria, digamos, seu reumatologista, que ativaria o dispositivo e determinaria a dosagem certa. A estimulação levaria alguns minutos por dia e provavelmente seria imperceptível.

Mas o aspecto mais revolucionário da medicina bioeletrônica, de acordo com o Dr. Tracey, é que abordagens como a estimulação do nervo vago não teriam efeitos colaterais prejudiciais e potencialmente mortais, como muitos medicamentos fazem atualmente.

'Um dispositivo em um nervo não vai ter efeitos colaterais sistêmicos no corpo como um esteróide tem', disse o Dr. Tracey. “É um conceito poderoso que, francamente, os cientistas aceitam - é realmente incrível. Mas a ideia de colocar isso em prática vai demorar mais 10 ou 20 anos, porque é difícil para os médicos, que passaram a vida escrevendo receitas de pílulas ou injeções, que um chip de computador possa substituir a droga. '

Mas os pacientes também podem desempenhar um papel no avanço da medicina bioeletrônica.

'Há uma grande demanda nesta coorte de pacientes por algo melhor do que eles estão tomando agora', disse o Dr. Tracey. 'Os pacientes não querem tomar um medicamento com advertência na caixa preta, custa US $ 100.000 por ano e funciona na metade do tempo.'

Michael Dowling, presidente e CEO da Northwell Health, elaborou:

'Por que os pacientes seguiriam um regime de medicamentos quando poderiam optar por alguns pulsos eletrônicos? É possível que tratamentos como esse, pulsos por meio de aparelhos eletrônicos, possam substituir alguns medicamentos nos próximos anos como tratamentos preferenciais? Tracey acredita que sim, e talvez seja por isso que a indústria farmacêutica acompanha de perto seu trabalho. '

A longo prazo, é improvável que as abordagens bioeletrônicas substituam completamente as drogas farmacêuticas, mas podem substituir muitas, ou pelo menos ser usadas como tratamentos complementares.

Dr. Tracey está otimista sobre o futuro do campo.

'Isso vai gerar uma enorme nova indústria que rivalizará com a indústria farmacêutica nos próximos 50 anos', disse ele. 'Esta não é mais apenas uma indústria de startups. [...] Vai ser muito interessante ver o crescimento explosivo que vai ocorrer. '

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