
Esse estudo demostra a reparação celular em area de lesões cerebral através do uso de eletrodos biodegradáveis para estimulação elétrica. O estimulo elétrico ativa a proliferação e migração de células tronco neurais, as quais recuperam a lesão. Esses dispositivos podem ser a chave para terapias futuras que ajudem a reparar o cérebro de forma segura e eficaz, reduzindo a necessidade de procedimentos invasivos adicionais.
Distúrbios neurológicos, como o derrame, a doença de Alzheimer e outras condições que afetam o sistema nervoso, são uma das principais causas de incapacidade de longo prazo em todo o mundo.
Infelizmente, até o momento, não existem tratamentos eficazes para substituir as células cerebrais que são perdidas devido a essas doenças ou lesões. Por isso, há uma necessidade urgente de desenvolver novas terapias que possam promover a reparação do cérebro e ajudar na recuperação dos pacientes.
Uma abordagem promissora envolve o uso de células-tronco neurais endógenas e células progenitoras, que em conjunto são chamadas de células precursoras neurais (NPCs).

Essas células são encontradas em pequenas quantidades em uma área específica do cérebro chamada zona subventricular (SVZ), que reveste os ventrículos laterais. Em condições normais, essas células estão envolvidas na criação de novos neurônios, contribuindo para o processo contínuo de neurogênese (formação de novos neurônios) ao longo da vida.
Quando o cérebro sofre uma lesão, essas células são ativadas, o que resulta em uma maior produção de novas células e em sua migração para áreas lesionadas. No entanto, essa ativação natural geralmente não é suficiente para reparar totalmente o cérebro ou restaurar suas funções.
Pesquisas mostram que, quando combinamos essa ativação natural com a administração de certas drogas ou pequenas moléculas, há uma melhora significativa na capacidade de reparo neural e nas funções do cérebro.
Além disso, estudos recentes descobriram que as NPCs respondem à estimulação elétrica, o que oferece uma nova forma de ativá-las de maneira mais eficaz.
Inicialmente, experimentos mostraram que, quando expostas a um campo elétrico em laboratório, as NPCs migravam rapidamente em direção ao lado negativo do campo.

Estudos subsequentes em animais demonstraram que a aplicação de estímulos elétricos no cérebro não apenas aumentava a proliferação dessas células, mas também promovia a formação de novos neurônios e células que formam a bainha de mielina (oligodendrócitos), essenciais para a função adequada dos nervos.
Além disso, a estimulação elétrica foi associada ao aumento da formação de novos vasos sanguíneos, o que melhora o fornecimento de oxigênio e nutrientes ao cérebro lesionado.
Uma técnica específica de estimulação elétrica, chamada estimulação de campo elétrico de corrente contínua transcraniana (tDCS), mostrou ser eficaz em provocar respostas das NPCs, induzindo a migração e a formação de novos neurônios na zona subventricular.
No entanto, a tDCS enfrenta desafios, como a dificuldade de controlar com precisão a direção dos campos elétricos aplicados, o que pode limitar sua eficácia. Além disso, o uso prolongado de corrente contínua pode causar danos ao tecido cerebral, como a geração de espécies reativas de oxigênio (ROS), que são moléculas prejudiciais às células.

A estimulação transcraniana por corrente contínua (ETCC) é um tratamento de estimulação cerebral não invasivo e indolor que usa correntes elétricas diretas para estimular partes específicas do cérebro. Fonte: Montreal Neurotherapy Center
Para superar essas limitações, foi desenvolvida uma nova abordagem usando eletrodos de estimulação intracraniana bifásica monopolar (BPMP). Esses eletrodos fornecem estímulos elétricos de forma equilibrada, reduzindo os riscos de danos ao tecido cerebral e aos eletrodos.
Os eletrodos tradicionais de platina, embora eficazes, apresentam problemas como a rigidez, que pode causar danos ao cérebro. Assim, surgiram alternativas feitas de materiais mais macios, como criogéis, que oferecem uma estimulação mais suave e com menor risco de inflamação.
Outra inovação é o desenvolvimento de eletrodos biodegradáveis, que se degradam naturalmente após o uso, eliminando a necessidade de remoção cirúrgica.
Esses eletrodos são feitos de materiais como o poli(ácido láctico-co-glicólico) (PLGA), molibdênio (Mo) e polímeros condutores, e são projetados para fornecer estimulação eficaz durante um período específico antes de serem absorvidos pelo corpo.
Neste estudo, os pesquisadores da University of Toronto, Canadá, projetaram e testaram um eletrodo biodegradável implantável para estimulação cerebral.

Projeto e fabricação de eletrodo biodegradável para estimulação cerebral. a) Projeto de eletrodos biodegradáveis. As dimensões de cada uma das sondas de penetração cortical são 2 mm de comprimento e 300 μm de largura no córtex. A largura da sonda de molibdênio é 150 μm. b, c) Campo claro e imagem ampliada (c) do eletrodo de estimulação. O local de estimulação não isolado é 350 μm por 1000 μm. d, e) Imagens ópticas para demonstração da flexibilidade do conjunto de eletrodos (d) e implantes de sonda após corte a laser (e). f) Configuração para estimulação cerebral com estimulação monopolar bifásica de carga balanceada controlada por corrente. A forma de onda otimizada para ativação de NPCs é fornecida através do estimulador. A unidade de aquisição de dados (DAQ) é conectada para registrar a voltagem. g) Esquema da hemissecção coronal mostrando a colocação de eletrodos biodegradáveis no córtex do cérebro do camundongo. Durante a estimulação, células precursoras neurais (NPCs) na zona subventricular que reveste as paredes do ventrículo lateral (LV) proliferam e migram em direção ao cátodo (−) em resposta ao campo elétrico aplicado (EF). +: ânodo.
O dispositivo foi fabricado com materiais como PLGA, molibdênio e o polímero condutor PEDOT:PSS, garantindo biocompatibilidade e eficácia na ativação de células precursoras neurais por até sete dias após a implantação.
Isso foi suficiente para observar uma expansão significativa no número de células precursoras neurais endógenos, indicando que o eletrodo promoveu a proliferação celular necessária para o reparo neural.

Biocompatibilidade. a-b) Fotomicrografias de locais de implantação de eletrodos biodegradáveis de Au e MoPH3 (linhas pontilhadas) em cortes cerebrais coronais corados com células Iba1+ (verde), GFAP+ (vermelhas) (a) e células NeuN+ (ciano) (b) 8 semanas após a implantação, Dapi (azul) marca todos os tipos celulares e o NeuN (ciano) marca apenas neurônios maduros, ambos demostram um aumento na região lesionada e estimulada pelo eletrodo biodegradável MoPH3 quando comparado com o controle Au. Indicando uma maior reparação celular nessa região.
Em resumo, os avanços no design de eletrodos biodegradáveis para estimulação cerebral oferecem uma nova estratégia promissora para o tratamento de distúrbios neurológicos, ao promover a ativação de NPCs e, potencialmente, a regeneração do tecido cerebral danificado.
Esses dispositivos podem ser a chave para terapias futuras que ajudem a reparar o cérebro de forma segura e eficaz, reduzindo a necessidade de procedimentos invasivos adicionais.
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Biodegradable stimulating electrodes for resident neural stem cell activation in vivo
Tianhao Chen, Kylie Sin Ki Lau, Aryan Singh, Yi Xin Zhang, Sara Mohseni Taromsari, Meysam Salari, Hani E. Naguib, and Cindi M. Morshead
Biomaterials, Volume 315, April 2025, 122957
Abstract:
Brain stimulation has been recognized as a clinically effective strategy for treating neurological disorders. Endogenous brain neural precursor cells (NPCs) have been shown to be electrosensitive cells that respond to electrical stimulation by expanding in number, undergoing directed cathodal migration, and differentiating into neural phenotypes in vivo, supporting the application of electrical stimulation to promote neural repair. In this study, we present the design of a flexible and biodegradable brain stimulation electrode for temporally regulated neuromodulation of NPCs. Leveraging the cathodally skewed electrochemical window of molybdenum and the volumetric charge transfer properties of conductive polymer, we engineered the electrodes with high charge injection capacity for the delivery of biphasic monopolar stimulation. We demonstrate that the electrodes are biocompatible and can deliver an electric field sufficient for NPC activation for 7 days post implantation before undergoing resorption in physiological conditions, thereby eliminating the need for surgical extraction. The biodegradable electrode demonstrated its potential to be used for NPC-based neural repair strategies.
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