Desde o desenvolvimento de algoritmos avançados de aprendizado de máquina até a construção de dispositivos que melhorarão o acesso a tratamentos eficazes para pacientes em todo o mundo, pesquisadores que trabalham em física médica, biotecnologia e muitos campos relacionados continuam a aplicar técnicas científicas para melhorar a saúde em todo o mundo. Mundo da física relatou muitas dessas inovações em 2022, aqui estão apenas alguns dos destaques da pesquisa que chamaram nossa atenção.
IA em todas as áreas
A inteligência artificial (IA) desempenha um papel cada vez mais predominante na área da física médica – desde lidar com a grande quantidade de dados gerados durante o diagnóstico por imagem, até entender a evolução do câncer no corpo, ajudando a projetar e otimizar tratamentos. Com isso em mente, Mundo da física organizou uma IA na Semana de Física Médica em junho, analisando o uso de aprendizado profundo para aplicativos, incluindo radioterapia adaptativa online, Imagem de PET, cálculo de dose de prótons, análise de tomografias de crânio e identificação de infecção por COVID-19 em exames pulmonares.
No início do ano, uma sessão dedicada na Reunião de março da APS examinou algumas das últimas aplicações médicas de IA e aprendizado de máquina, incluindo aprendizado profundo para diagnosticar e monitorar distúrbios cerebrais e doenças neurodegenerativas, e empregar IA para registro e segmentação de imagens. Outro estudo intrigante foi o uso da EPFL de uma rede neural para criar um microscópio inteligente que detecta precursores sutis de eventos biológicos raros e controla seus parâmetros de aquisição em resposta.
A promessa do próton FLASH
Em um desenvolvimento que também entrou em nosso 10 principais descobertas do ano para 2022, a Reunião Anual da ASTRO deste ano viu Emily Daugherty, do Centro de Câncer da Universidade de Cincinnati, relatar as descobertas do primeiro ensaio clínico de radioterapia FLASH. Os tratamentos FLASH – nos quais a radiação terapêutica é administrada em taxas de dose ultra-altas – prometem reduzir a toxicidade do tecido normal, mantendo a atividade antitumoral. Neste estudo, os pesquisadores usaram a terapia de prótons FLASH para tratar 10 pacientes com metástases ósseas dolorosas. Eles demonstraram a viabilidade do fluxo de trabalho clínico e mostraram que o tratamento foi tão eficaz quanto a radioterapia convencional para alívio da dor, sem causar efeitos colaterais inesperados.
O estudo também representa o primeiro uso em humanos do próton FLASH. A maioria dos estudos FLASH pré-clínicos anteriores empregou elétrons; mas os feixes de elétrons viajam apenas alguns centímetros no tecido, enquanto os prótons penetram muito mais fundo. Na esperança de explorar essa vantagem, muitos outros grupos também estão investigando o próton FLASH, incluindo cientistas da Universidade da Pensilvânia que usaram modelagem computacional para descobrir qual é o mais técnica de entrega eficaz para feixes de prótons FLASH, e investigadores do Erasmus University Medical Center, do Instituto Superior Técnico e da HollandPTC, que desenvolveram um algoritmo que otimiza os padrões de entrega de feixe de lápis de prótons para maximizar a cobertura FLASH.
Trazendo de volta a visão
Restaurar a visão para aqueles que perderam a capacidade de ver é uma tarefa de pesquisa substancial. Este ano, relatamos dois estudos que visam aproximar esse objetivo. Pesquisadores da University of Southern California estão explorando o uso de estimulação por ultrassom para tratar a cegueira causada pela degeneração da retina. Embora próteses visuais que restauram a visão por meio de estimulação elétrica de neurônios da retina já tenham sido usadas com sucesso em pacientes, esses são dispositivos invasivos que requerem cirurgias complexas de implantação. Em vez disso, a equipe demonstrou que estimular os olhos de um rato cego com ultrassom não invasivo pode ativar pequenos grupos de neurônios no olho do animal.
Em outro lugar, uma equipe na Suécia, Irã e Índia desenvolveu uma nova maneira de produzir córneas artificiais, usando colágeno de grau médico proveniente da pele de porco (um subproduto purificado da indústria de alimentos) que os pesquisadores trataram química e fotoquimicamente para melhorar sua força e estabilidade. Em um estudo piloto com 20 pacientes, eles mostraram que seus implantes eram fortes e resistentes à degradação e podiam restaurar totalmente a visão dos pacientes por meio de cirurgia minimamente invasiva. Com base nesse sucesso, Mehrdad Rafat e sua equipe esperam que a nova abordagem possa resolver a escassez de córneas de doadores para transplante e aumentar as opções de tratamento para muitas pessoas em todo o mundo que precisam urgentemente de novas córneas.
Inovações da interface cérebro-computador
As interfaces cérebro-computador (BCIs) fornecem uma ponte entre o cérebro humano e o software ou hardware externo. Este ano, os pesquisadores usaram com sucesso um BCI implantado para permitir que uma pessoa com paralisia completa se comunique. A equipe – do Centro Wyss de Bio e Neuroengenharia, ALS Voice e da Universidade de Tübingen – implantou dois minúsculos arranjos de microeletrodos na superfície do córtex motor do participante. Os eletrodos registram sinais neurais, que são decodificados e usados em um soletrador de feedback auditivo que solicita ao usuário a seleção de letras. O paciente, que sofria de esclerose lateral amiotrófica (ELA) e estava em estado de bloqueio total, sem movimentos voluntários remanescentes, aprendeu a alterar sua própria atividade cerebral de acordo com o feedback de áudio recebido, permitindo-lhe formar palavras e frases e se comunicar a uma taxa média de cerca de um caractere por minuto.
Como alternativa ao uso de eletrodos implantados para detectar a atividade cerebral, os sinais neurais também podem ser coletados de forma não invasiva usando eletrodos de eletroencefalografia (EEG) conectados ao couro cabeludo. Uma equipe da Universidade de Tecnologia de Sydney desenvolveu um novo biossensor baseado em grafeno que detecta sinais de EEG com alta sensibilidade e confiabilidade - mesmo em ambientes altamente salinos. O sensor, feito de grafeno epitaxial cultivado em um substrato de carboneto de silício sobre silício, combina a alta biocompatibilidade e condutividade do grafeno com a robustez física e a inércia química da tecnologia de silício.
