Modelo de computador, da equipe da U-M, projeta a quantidade de medicamento surfactante injetado a um pulmão humano adulto, com 70 mililitros de líquido, a mesma quantidade utilizada nos estudos sem sucesso em 2004 e 2011. As bolhas coloridas representam o medicamento surfactante; as áreas vermelhas recebem a maior parte dos medicamentos, enquanto as áreas azuis recebem a menor. Crédito da Imagem: James Grotberg, Engenharia U-MANN ARBOR — O primeiro modelo de computador que prevê o fluxo de medicamento líquido nos pulmões humanos está fornecendo uma nova luz para o tratamento da síndrome respiratória aguda.

Pesquisadores da Universidade de Michigan e da ‘Ecole Polytechnique’ da França estão usando a nova tecnologia para descobrir por que um tratamento que salva a vida de bebês prematuros não tem tido sucesso em adultos.

A síndrome respiratória aguda, ou SAR, é uma inflamação das vias respiratórias – que apresenta risco de vida – e mata, 74.000 adultos por ano, somente nos Estados Unidos. É muito comum que os pacientes com lesão pulmonar ou sepse, tenham uma inflamação de todo o corpo causada pela infecção. O tratamento, chamado Terapia de Reposição do Surfactante Pulmonar, insere um medicamento líquido nos pulmões e facilita sua inflação. É amplamente usado para tratar uma condição semelhante em bebês prematuros, que às vezes sofre com a falta de surfactante necessário para expandir os pulmões.

O tratamento tem contribuído para uma drástica redução nas taxas de mortalidade de bebês prematuros. Mas as tentativas de usá-lo em adultos foram, na maior parte, mal sucedidas, apesar de quase duas décadas de pesquisa.

“A medicação precisa traçar seu caminho da traqueia até pequenos ‘sacos’ de ar dentro dos pulmões para ser eficaz,” disse James Grotberg, líder da equipe que desenvolveu a tecnologia. Grotberg é professor de engenharia biomédica da Faculdade de Engenharia e de cirurgia da Faculdade de Medicina da U-M. Um estudo sobre as descobertas acaba de ser publicado no Proceedings of National Academy of Sciences. Esta terapia é relativamente simples em bebês, mas mais complexa em adultos, principalmente porque os pulmões adultos são muito maiores.

Modelo de computador, da equipe UM, projeta a quantidade de medicamento surfactante injetado a um pulmão humano adulto, com 280 mililitros de líquido, a mesma quantidade usada no bem sucedido estudo de terapia de reposição de surfactante de 1997. As bolhas coloridas representam o medicamento surfactante; as áreas vermelhas recebem a maior parte dos medicamentos, enquanto as áreas azuis recebem a menor. Crédito da Imagem: James Grotberg, Engenharia U-MA equipe de Grotberg trouxe uma perspectiva de engenharia para o ‘quebra-cabeça,’ construindo um modelo de computador matemático que forneceu uma imagem tridimensional de como, exatamente, o medicamento surfactante fluiu nos pulmões dos pacientes em todos os três ensaios. Quando as simulações foram concluídas, a equipe rapidamente percebeu um detalhe que se diferenciou do estudo bem sucedido de 1997: uma versão menos concentrada do medicamento.

“O medicamento usado no estudo de 1997 inseriu a mesma dose de medicação que os estudos posteriores, mas se dissolveu em até quatro vezes mais líquidos”, disse Grotberg. “As simulações de computador mostraram que este líquido adicional ajudou a medicação alcançar os pequenos sacos de ar nos pulmões. Assim, uma possível rota para o sucesso é voltar para os maiores volumes utilizados no estudo de 1997.”

As simulações mostraram que a espessura, ou viscosidade, dos líquidos também importam. Esta é uma variável crítica, uma vez que diferentes tipos de medicamento surfactante pode ser fabricado com diferentes viscosidades. A equipe acredita que os médicos podem ser capazes de utilizar a tecnologia de modelagem para otimizar a medicação para pacientes individuais. Eles podem executar simulações personalizadas de pulmões dos pacientes, e então alterar variáveis como volume, viscosidade, posição do paciente e taxa de fluxo de medicamento para explicar diferentes tamanhos e condições médicas pulmonares.

“Criamos este modelo para ser simples, de modo que pode fornecer resultados rápidos, sem a necessidade de equipamento especializado”, disse Cheng-Tai Feng, ex-aluno de Pós-Doutorado no laboratório de Grotberg que escreveu o código inicial para o modelo. “Um médico poderia executá-lo em um simples PC, poderia criar uma simulação personalizada para um paciente em estado crítico em cerca de uma hora.”