Liberação Direcionada de Medicamentos Aproxima-se da Realização com os Mais Recentes Bubble-Bots

A robótica está se tornando cada vez mais popular a cada ano que passa, à medida que a demanda por soluções eficientes e econômicas aumenta.

Com a tecnologia robótica oferecendo conveniência e maior segurança, além da integração de inteligência artificial e aprendizado de máquina, permitindo capacidades robóticas mais avançadas, não é surpresa que o mercado global de robótica seja esperado $200 bilhões até o final desta década.

Outra evidência do crescente uso da robótica é a instalação global de robôs industriais, que atingiu 541,302 em 2023, a segunda maior instalação anual da história. O recorde foi estabelecido no ano anterior, quando 552,946 unidades foram instaladas.

Com isso, o número total de robôs operacionais chegou a um novo recorde de cerca de 4,3 milhões de unidades em todo o mundo, com a Ásia liderando esse crescimento com 70%, seguida pela Europa com 17% e pelos Estados Unidos com 10%. Quanto à fabricação de robôs, o Japão está na liderança, respondendo por 46% da participação de mercado.

De acordo com a International Federation of Robotics (IFR), o crescimento da robótica acelerará em 2025 e continuará nesse ritmo nos anos seguintes.

Agora, quando se trata das indústrias que impulsionam a expansão massiva da robótica, a automotiva está na liderança, com eletrônica, metal e maquinário, gestão de resíduos, agricultura, varejo, construção e serviços de alimentação sendo outros setores que utilizam robôs.

Robôs na Saúde

Embora os robôs estejam sendo usados em diversos setores, há um segmento onde eles têm um impacto muito maior e mais positivo, e esse é a medicina. O mercado global de sistemas robóticos médicos está realmente em rápido crescimento, e estima‑se que seu tamanho aumente de US$ 16 bilhões em 2024 para US$ 33,8 bilhões até 2029.

Os robôs são usados em todas as áreas da saúde, desde o fornecimento de medicamentos e assistência na reabilitação até auxílio em diagnósticos, cirurgias e entrega de medicamentos.

Por exemplo, braços robóticos são usados para misturar, dispensar, contar e inspecionar, enquanto robôs de suprimentos programados entregam itens em locais específicos.

Esses robôs móveis autônomos simplificam tarefas rotineiras para os profissionais de saúde ao reduzir as exigências físicas sobre os trabalhadores humanos e ao enfrentar a escassez de pessoal. Eles também monitoram o inventário e garantem que todos os suprimentos estejam sempre em estoque quando necessários, além de sanitizar salas e prepará‑las para os pacientes.

Ao assumir todas essas tarefas rotineiras, os robôs móveis autônomos permitem que a equipe médica se concentre nos pacientes e em suas necessidades específicas que a tecnologia não pode atender. O robô chamado Tug, da Aethon, é um exemplo que possui a capacidade de se mover em condições desafiadoras para fazer entregas seguras onde e quando são necessárias.

Esses robôs também ajudam a criar um ambiente de trabalho seguro ao assumir tarefas de limpeza, desinfecção e transporte de suprimentos para hospitais e regiões onde há risco de exposição a patógenos.

De acordo com o CDC, cerca de um em cada 31 pacientes hospitalizados tem ao menos uma infecção associada à assistência de saúde em um determinado dia. Isso se deve à incapacidade dos hospitais de desinfetar completamente os quartos. Para ajudar a resolver esses problemas, robôs automatizados como o Xenex, autorizado pela FDA, estão sendo construídos e utilizam raios UV pulsados para esterilizar salas hospitalares em apenas minutos.

A inovação tecnológica também levou ao desenvolvimento de robôs avançados de assistência cirúrgica que ajudam os cirurgiões a alcançar maior velocidade e mais precisão ao realizar operações complexas.

Um wonderbot de múltiplos braços chamado da Vinci Surgical System é um desses robôs usados para tornar a cirurgia menos invasiva, reduzir erros cirúrgicos e proporcionar controle aprimorado. O Cyberknife é outro que trata cânceres ao entregar terapia de radiação a tumores com extrema precisão.

Então, há também robôs farmacêuticos, que estão ganhando muita tração devido ao envelhecimento da população e àqueles com doenças crônicas que requerem medicação contínua e tratamento preciso. Ao automatizar processos críticos que normalmente são feitos manualmente e são demorados, os robôs farmacêuticos ajudam ainda mais a melhorar a qualidade e a precisão.

Robôs para Entrega de Medicamentos 

Impulsionados pelos avanços tecnológicos e pela crescente necessidade de automação no desenvolvimento de medicamentos e no cuidado ao paciente, os robôs estão tornando a entrega de medicamentos mais eficiente e precisa, melhorando o cuidado ao paciente.

Empresas estão desenvolvendo micro e nanorobôs que se movem de forma independente para entregar fármacos a áreas de difícil acesso, alimentados por reações químicas ou fontes externas como luz, campos elétricos ou campos magnéticos. Ao direcionar os sítios da doença, esses robôs melhoram a eficácia terapêutica e reduzem os efeitos colaterais.

Há alguns anos, uma equipe de pesquisadores desenvolveu os MANiACs, que são pequenos robôs rolantes contendo nanorodas magnéticas encapsuladas em uma casca esférica macia. Em 2022, um engenheiro mecânico de Stanford construiu robôs sem fio multifuncionais para o mesmo fim. 

E, há apenas alguns meses, pesquisadores da NTU Singapura desenvolveram robôs macios do tamanho de grãos para entrega direcionada de medicamentos. O robô, que é feito com micropartículas magnéticas e controlado por campos magnéticos, pode transportar até quatro medicamentos diferentes e liberá‑los em doses e ordens reprogramáveis.

Esta pesquisa foi construída sobre o trabalho anterior da equipe que envolvia robôs miniaturizados controlados magneticamente capazes de segurar objetos minúsculos e nadar através de espaços apertados, entre outros movimentos complexos.

Inspirando‑se em um filme de ficção científica dos anos 1960, “Fantastic Voyage”, onde uma tripulação foi reduzida ao tamanho de uma célula para reparar danos no cérebro de um cientista, a pesquisa está trazendo a imaginação para a realidade.  

O robô altamente hábil, quando testado em experimentos de laboratório, moveu‑se a velocidades entre 0,30 mm e 16,5 mm por segundo, entregou medicamentos com sucesso em ambientes mais desafiadores e, mesmo após oito horas de movimento constante, mostrou vazamento mínimo de fármaco.

A equipe da NTU agora está investigando tornar esses robôs ainda menores para que possam, em última instância, ser usados no tratamento de câncer de bexiga, tumores cerebrais e câncer colorretal.

Microbots: Pequenos Robôs que Revolucionam a Medicina de Precisão

Microrrobôs utilizam sensores e atuadores miniaturizados para executar ações para as quais foram programados. Seu tamanho em micrômetros facilita o uso em ambientes que tradicionalmente eram muito intrincados e difíceis de alcançar. Essa capacidade torna esses robôs inestimáveis para cirurgias minimamente invasivas, diagnóstico de doenças, desintoxicação e entrega precisa de medicamentos.

Entretanto, eles não estão isentos de desafios quanto à eficácia e à localização em tecidos profundos.

Outro grande problema é que eles provaram ser mais aparência do que substância. Nos últimos duas décadas, várias versões de micro‑ ou nanorobôs foram lançadas, mas até agora, suas aplicações em sistemas vivos têm sido bastante limitadas. Além disso, mover objetos com alta precisão em biofluidos complexos como saliva, urina e sangue também é bastante complexo. 

Outros obstáculos para nanorobôs incluem a detecção em tempo real dentro do corpo e alcançar controle remoto preciso para terapia direcionada.

Além disso, ao projetar esses microbots, surge a questão de serem tethered (conectados) ou untethered (não conectados). Para que um microrobô não conectado opere efetivamente no corpo humano, ele deve possuir propulsão constante através de biofluidos, alta capacidade de carga, alta biocompatibilidade para evitar remoção cirúrgica, imagem aprimorada para visualização em tempo real e direcionamento preciso.

Aqui, robôs acionados acusticamente estão mostrando potencial substancial devido aos benefícios de penetração profunda em tecidos, operação não invasiva, resposta rápida, forças propulsoras robustas e segurança.

Assim, pesquisadores da Caltech introduziram o BAM — um microrobô acústico, guiado por imagem, baseado em hidrogel, bioabsorvível, que pode navegar pelo corpo humano com alta estabilidade. O BAM não é um humanoide metálico nem um robô bio‑mimético; é uma pequena esfera semelhante a uma bolha.

De acordo com o co‑correspondente autor do artigo sobre os bots, Wei Gao, professor de engenharia médica na Caltech e investigador do Heritage Medical Research Institute:

“Projetamos uma única plataforma que pode resolver todos esses problemas.”

Em sua pesquisa, os cientistas observaram que, quando testados, os bots ajudaram a equipe a entregar terapêuticos que reduziram o tamanho de tumores de bexiga em camundongos. 

“Em vez de colocar um fármaco no corpo e deixá‑lo difundir por toda parte, agora podemos guiar nossos microrobôs diretamente a um sítio tumoral e liberar o medicamento de forma controlada e eficiente.”

– Gao

À medida que a tecnologia BAM avança, o estudo prevê que o dispositivo terá um impacto substancial no setor de saúde e no cuidado ao paciente.

O Design & Desenvolvimento do BAM

O novo microrobô, que possui microestruturas esféricas, é feito de um hidrogel chamado poli(éter‑glicol) diacrilato. O hidrogel começa em forma líquida ou de resina, mas quando a rede de polímeros dentro dele se torna reticulada, ele se solidifica.

Essa composição e microestrutura permitem que os hidrogéis retenham grandes quantidades de fluido, ajudando a equipe a superar o problema de biocompatibilidade dos robôs. Enquanto isso, a fabricação por manufatura aditiva permite que a esfera externa carregue a carga terapêutica até um local-alvo dentro do corpo.

As microestruturas e a formulação do hidrogel foram desenvolvidas com a ajuda de Julia R. Greer, co‑correspondente autor, e Ruben F. e Donna Mettler, professor de Ciência dos Materiais, Mecânica e Engenharia Médica.

Para isso, seu grupo utilizou a litografia de polimerização por dois fótons (TPP). Nessa técnica de impressão 3D, um laser é usado para criar estruturas complexas. Aqui, pulsos ultrarrápidos de luz laser infravermelha são usados para reticular seletivamente polímeros foto‑sensíveis seguindo um design específico.

A litografia TPP basicamente constrói uma estrutura de alta resolução camada por camada, permitindo que a equipe alcance formas complexas e alta precisão. O grupo conseguiu imprimir (escrever) microestruturas com cerca de 30 micrômetros de diâmetro, o que equivale ao diâmetro de um fio de cabelo humano.

Falando sobre a forma esférica da estrutura, Greer observou que é “muito complicado de escrever” e requer conhecimento de “certos truques do ofício para impedir que as esferas colapsem sobre si mesmas”, portanto, é uma grande conquista que a equipe tenha conseguido criá‑las.

“Conseguimos não apenas sintetizar a resina que contém toda a biofuncionalização e todos os elementos medicamente necessários, mas também escrevê‑las em uma forma esférica precisa com a cavidade necessária.”

– Greer

Esta é a estrutura interna da esfera, e quanto à sua estrutura externa, os microrobôs incorporarão nanopartículas magnéticas e o fármaco terapêutico em sua forma final.

As nanopartículas magnéticas permitem que os pesquisadores controlem os robôs e os direcionem a um local desejado usando um campo magnético externo. Quando finalmente chegam ao alvo, os robôs permanecem naquele local, e o fármaco se espalha passivamente.

Em relação ao exterior da microestrutura, a equipe a projetou para ser hidrofílica, ou seja, atraída pela água. Isso garante que os robôs individuais não se aglutinem ao percorrer o corpo.

Ao contrário da superfície externa do microrobô, a superfície interna não é feita de material hidrofílico, mas sim hidrofóbico, pois precisa capturar uma bolha de ar, que é fácil de dissolver.

Para construir um microrobô híbrido cuja parte externa atrai água enquanto a interna repele água, a equipe projetou uma modificação química.

Essa modificação envolveu duas etapas; a primeira consistiu em fixar moléculas de carbono de cadeia longa ao hidrogel, tornando-o efetivamente hidrofóbico. Na segunda etapa, os cientistas utilizam a técnica de gravação por plasma de oxigênio para remover as estruturas de carbono do exterior, tornando a parte externa hidrofílica.

Chamando sua modificação química “uma das principais inovações deste projeto”, Gao afirmou que a modificação assimétrica da superfície foi o que realmente permitiu “usar muitos robôs e ainda prender bolhas por um período prolongado de tempo em biofluidos, como urina ou soro”.

Conforme a demonstração da equipe, essa técnica permitiu que as bolhas durassem vários dias, ao contrário de alguns minutos.

Agora, apenas por que precisamos prender essas bolhas em primeiro lugar? Bem, ter bolhas presas é necessário para mover os robôs e rastreá‑los com imagens em tempo real.

Para permitir que o microrobô avance, os pesquisadores dotaram a esfera de duas aberturas em forma de cilindro. A equipe descobriu que ter duas aberturas permitia que os robôs se movessem em vários biofluidos a velocidades maiores do que com uma única abertura.

Quando expostas a um campo de ultrassom, as bolhas dentro do robô vibram, fazendo com que o fluido ao seu redor flua para longe, impulsionando o robô através do fluido.

A bolha, que está presa em cada microestrutura, funciona como um excelente agente de contraste para imagens de ultrassom, permitindo o monitoramento em tempo real dos bots in vivo.

A equipe então testou os microrobôs como ferramenta de entrega de fármacos em camundongos com tumores de bexiga. Em 22 dias, quatro entregas de terapêuticos foram realizadas com a ajuda dos microrobôs. Essas entregas mostraram-se mais eficazes na redução do tamanho dos tumores do que as que não utilizaram robôs. Segundo Gao:

“Achamos que esta é uma plataforma muito promissora para entrega de fármacos e cirurgia de precisão. Olhando para o futuro, poderíamos avaliar o uso deste robô como plataforma para entregar diferentes tipos de cargas terapêuticas ou agentes para diferentes condições. E, a longo prazo, esperamos testar isso em humanos.”

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Empresa Investível no Setor de Robótica Médica 

Agora, vamos analisar uma empresa de destaque nesse espaço:

Intuitive Surgical

Esta empresa, com capitalização de mercado de US$ 186,6 bilhões, é conhecida por desenvolver, fabricar e comercializar o sistema cirúrgico da Vinci e o sistema endoluminal Ion. Os produtos e serviços da Intuitive Surgical (ISRG ) possibilitam melhores resultados para os pacientes.

No momento da redação, suas ações são negociadas a US$ 517, com alta de 55,3 % no acumulado do ano, apresentando EPS (TTM) de 6,2 e P/E (TTM) de 84,22. No terceiro trimestre de 2024, a empresa reportou US$ 2,04 bilhões em receita, um aumento de 17 % em relação ao mesmo trimestre do ano passado.

Durante esse período, os procedimentos da da Vinci em todo o mundo aumentaram cerca de 18 % em comparação com o 3T23, e sua base instalada cresceu para 9.539 sistemas, com a Intuitive Surgical instalando 379 desses sistemas. A empresa também obteve aprovação regulatória para o sistema na Coreia do Sul.

Conclusão

A robótica está ganhando muita atenção em todo o mundo e em diversos setores. A demanda por robôs na saúde é particularmente forte e crescente graças à sua capacidade de otimizar fluxos de trabalho clínicos, auxiliar em cirurgias, reduzir o risco de infecção e proporcionar um ambiente mais seguro e cuidados de alta qualidade ao paciente.

A pesquisa mais recente em nanorobôs, como observamos hoje, demonstra um avanço médico que pode mudar a indústria da saúde ao tratar condições que não são apenas difíceis, mas podem até ser impossíveis. Isso certamente abre caminho para terapias aprimoradas e um futuro mais saudável.

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