BRPI0821590B1

BRPI0821590B1 - Eletrodo médico, feixe de eletrodos médicos e arranjo de feixe de eletrodos médicos

Info

Publication number: BRPI0821590B1
Application number: BRPI0821590-1A
Authority: BR
Inventors: Jens Schouenborg
Original assignee: Neuronano Ab
Priority date: 2007-12-10
Filing date: 2008-12-03
Publication date: 2023-10-10
Also published as: CN101888873B; CN101888873A; CA2708758C; EP2219726A4; JP5415445B2; AU2008336322B2; ES2408008T3; CA2708758A1; BRPI0821590A2; EA201000953A1; KR20100101607A; KR101526288B1; EP2219726B1; DK2219726T3; US8386006B2; EP2219726A1; AU2008336322A1; EA017163B1; JP2011505901A; WO2009075625A1

Abstract

eletrodo médico, peixe de eletrodos e arranjo de peixe de eletrodos. é revelado um microeletrodo médico que compreende porções capazes se movimentar umas em relação às outras quando implantado ou inserido em um tecido mole, de modo a aumentar ou diminuir sua distância ao longo do eletrodo. o eletrodo é pelo menos parcialmente incrustado em uma matriz substancialmente rígida que é solúvel ou biodegradável em um fluido corporal. também são revelados usos do microeletrodo; feixes de microeletrodos e arranjos de feixes de microeletrodos e seus usos; métodos de inserção ou implantação de microeletrodos; feixes de microeletrodos e arranjos de feixes de microeletrodos no tecido mole.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

A invenção está relacionada a um eletrodo médico, em particular a um microeletrodo médico, a um feixe desses eletrodos e a um arranjo desses eletrodos e/ou feixes de eletrodos. O eletrodo médico, o feixe de eletrodos e o arranjo de eletrodos ou feixes de eletrodos da invenção se destinam à inserção em tecido mole como, por exemplo, o cérebro, a medula espinhal, órgãos endócrinos, músculos e tecido conjuntivo.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

Eletrodos que podem ser implantados por um longo tempo no sistema nervoso central (SNC) têm um amplo campo de aplicação. Em princípio, todos os núcleos cerebrais podem ser registrados ou estimulados por esses eletrodos e suas funções monitoradas. De particular importância é o uso de um design multicanal na estimulação de núcleos cerebrais. Em um design desse tipo, grupos de eletrodos ou até mesmo eletrodos individuais podem ser endereçados separadamente. Isso permite que o usuário selecione aqueles eletrodos cuja estimulação produz um efeito terapêutico que está aumentado em comparação com estimulação não seletiva. A estimulação do cérebro ou da medula espinhal pode ser especialmente valiosa em situações em que os núcleos cerebrais estão degenerados ou lesionados. A monitoração da atividade cerebral pode ser útil se unida à liberação de fármaco ou outras medidas como, por exemplo, estimulação elétrica. Os eletrodos também podem ser usados para lesionar locais específicos em tecidos. Para registrar e estimular estruturas cerebrais, foram desenvolvidas e usadas várias formas de eletrodos implantados no passado. Para a obtenção de implantes duráveis de eletrodos, é importante ancorar o eletrodo no tecido e minimizar os movimentos do eletrodo em relação ao tecido. Significativamente, em função dos movimentos endógenos causados, por exemplo, pela respiração e ventilação ou outros movimentos, por exemplo, uma aceleração ou desaceleração súbita do corpo, tecidos diferentes como, por exemplo, o cérebro e o crânio, e até mesmo diferentes partes do mesmo tecido, por exemplo, locais diferentes dentro do cérebro ou da medula espinhal, podem se mover entre eles. Por exemplo, cada batimento cardíaco causa um movimento não uniforme ou radiante em torno das artérias. Quando um fio reto e não elástico percorre uma área que não se move uniformemente, o fio tenderá a deslizar dentro do tecido, causando, dessa forma, fricção mecânica com e/ou tensão alterada dentro do tecido circundante, o que, por sua vez, pode lesar o tecido. Esses movimentos reduzirão a qualidade dos registros/estimulações que podem ser obtidos com o eletrodo, e também podem causar uma reação do tecido ao eletrodo. Outra consideração de relevância para a presente invenção é que as propriedades de ancoragem de um eletrodo de fio em um tecido são cruciais para um desempenho ótimo. São conhecidos meios de ancoragem dispostos próximos à ponta de eletrodos de fio em forma de filamentos protrusos (farpas). Movimentos de tecido que afetam um eletrodo de fio serão propagados ao meio de ancoragem, resultando no risco de lesão do tecido adjacente.

OBJETIVOS DA INVENÇÃO

Um primeiro objetivo da invenção é fornecer um eletrodo do tipo mencionado anteriormente, que é adaptado para se mover com o tecido no qual foi inserido ou no qual foi implantado sem ser deslocado facilmente.

Um segundo objetivo da invenção é fornecer um eletrodo do tipo mencionado anteriormente que não danifique ou que danifique pouco o tecido no qual foi inserido ou no qual foi implantado.

Um terceiro objetivo da invenção é fornecer um eletrodo do tipo mencionado anteriormente, que pode ser facilmente posicionado em uma configuração desejada em uma localização desejada no tecido mole.

Um quarto objetivo da invenção é fornecer um feixe de eletrodos que possui as propriedades desejadas mencionadas anteriormente.

Um quinto objetivo da invenção é fornecer um arranjo de eletrodos e/ou feixes de eletrodos que possuem as propriedades desejadas mencionadas anteriormente.

Objetivos adicionais da invenção ficarão evidentes a partir do sumário da invenção seguinte, de diversas modalidades preferidas ilustradas em um desenho e das reivindicações em anexo.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

A presente invenção se baseia na idéia de que é desejável aprimorar a liberdade de movimento de diferentes porções de um eletrodo médico, em particular um microeletrodo médico implantado ou inserido em tecido mole de modo a evitar os efeitos negativos de movimentos não uniformes do tecido circundante sobre o eletrodo, em particular efeitos que tendem a deslocar o eletrodo e/ou fazer com que se movam de uma forma que crie um risco de danificar o tecido circundante. Em particular, a presente invenção se baseia na idéia de que é vantajoso que um eletrodo desse tipo compreenda porções capazes de se movimentar umas em relação às outras de modo a aumentar ou diminuir sua distância ao longo do eletrodo. A invenção também se baseia na idéia de que, para sua implantação ou inserção, em particular sua implantação ou inserção em uma configuração desejada, o eletrodo da invenção, independente de se pertence a um feixe de eletrodos ou a um arranjo de feixes de eletrodos ou um arranjo de eletrodos e feixes de eletrodos únicos ou não, não necessita de estabilização configuracional. Nesse pedido, “configuração” está relacionada às formas ou aos estados tridimensionais que um eletrodo da invenção pode assumir ou ser forçado a assumir em função de sua flexibilidade. De acordo com a invenção, estabilização configuracional é fornecida por incrustação pelo menos parcial do eletrodo em um material de suporte biocompatível que pode ser removido após o eletrodo ter sido disposto em uma localização desejada no tecido mole. Para uma remoção fácil, o material de suporte é do tipo que pode ser dissolvido ou degradado em fluidos corporais, ou seja, em um ambiente aquoso, mas também, se o eletrodo for inserido em tecido gorduroso, em um ambiente rico em gordura. Após dissolução ou degradação, o material de suporte ou produtos da degradação deste, respectivamente, desaparece do local de inserção por mecanismos de transporte de soluto que operam em tecido vivo e/ou é metabolizado. O material de suporte da invenção pode ser do tipo que precisa ser degradado para que se torne solúvel ou aumente sua solubilidade em fluidos corporais; essa degradação é efetuada por mecanismos que operam em tecido vivo.

Eletrodos únicos

De acordo com a invenção, é revelado um eletrodo flexível fino, eletricamente condutor, para inserção ou implantação no tecido mole, o eletrodo tendo uma primeira extremidade e uma segunda extremidade e uma configuração que permite que a distância de sua primeira extremidade até sua segunda extremidade seja aumentada e/ou diminuída uma vez implantado no tecido. Em sua primeira extremidade, o eletrodo compreende uma base para conexão elétrica com um aparelho elétrico por meio de um cabo flexível fixado à base. A base pode ter qualquer forma adequada para aquela finalidade. Em sua segunda extremidade, o eletrodo compreende um segmento da ponta, em particular um adaptado para inserção do eletrodo em tecido mole e para ancoragem opcional do eletrodo no tecido. O corpo do eletrodo que se estende entre o segmento da ponta e a base é flexível, opcionalmente elasticamente flexível, ou compreende porções flexíveis e, opcionalmente, porções elasticamente flexíveis. O corpo do eletrodo, que é preferivelmente aproximadamente circular no corte transversal, compreende um núcleo eletricamente condutor ou não condutor, uma camada eletricamente condutora no núcleo se o núcleo é não condutor, e uma camada isolante na camada ou núcleo eletricamente condutor. No entanto, outros cortes transversais do eletrodo como, por exemplo, retangulares ou poligonais, também podem ser usados. Alternativamente, o corpo do eletrodo compreende ou consiste em um tubo de polímero não condutor preenchido com um material eletricamente condutor. Um núcleo não condutor é preferivelmente um filamento de polímero natural, semi- sintético ou sintético, por exemplo, um filamento de seda, algodão, seda artificial (acetato de celulose), polietileno, polipropileno, poliamida etc. Um núcleo condutor é um fio metálico fino de ouro, platina, titânio, uma liga, aço ou uma fibra de polímero eletricamente condutor. A camada eletricamente condutora em um núcleo não condutor consiste ou compreende um metal de condutividade elétrica elevada como, por exemplo, cobre, prata e ouro, ou uma liga metálica, por exemplo, platina-irídio, depositada no núcleo, por exemplo, por técnicas de emissão de íons (ion sputtering) ou evaporação. No caso de uma camada de ouro, a adesão ao núcleo pode ser aumentada por interposição de uma camada de cromo ou tungstênio entre a camada de ouro e o núcleo. Essa interposição também pode ser feita com outras camadas metálicas. A espessura de uma camada metálica condutora depositada é de 0,1 μm a cerca de 100 μm. Alternativamente, a camada eletricamente condutora pode consistir ou compreender um polímero eletricamente condutor. A camada isolante compreende ou preferivelmente consiste em um polímero eletricamente não condutor. Na maioria das aplicações, o diâmetro do corpo do eletrodo é de cerca de 10-7 a cerca de 10-4 m, preferivelmente menos do que cerca de 2,5-10-5 m. No entanto, em algumas aplicações, o corpo do eletrodo pode ter um diâmetro maior, em particular se o eletrodo se destina a produzir lesões de tecidos moles.

A camada de isolamento do corpo do eletrodo se estende preferivelmente da primeira extremidade do corpo à segunda extremidade do corpo, ou seja, todo o corpo do eletrodo é isolado. Exemplos de materiais adequados ao isolamento são vidro, polivinil formal, borracha de silicone ou uma laca resistente à água. No entanto, é possível fornecer ao longo do corpo do eletrodo passagens através da camada de isolamento até o núcleo condutor, em particular passagens dispostas aproximadamente perpendiculares ao núcleo.

Se a estimulação elétrica de um volume maior de tecido é desejada, pode ser preferido não isolar a porção do eletrodo que deve ser inserida no tecido-alvo. Alternativamente, o corpo do eletrodo pode compreender regiões que não são isoladas para permitir a estimulação/registros de múltiplos locais dentro do tecido.

Para facilitar a inserção no tecido, o eletrodo da invenção é pelo menos parcialmente incrustado em um corpo rígido ou substancialmente rígido de um material de matriz biocompatível. O material de matriz da invenção é preferivelmente macroscopicamente uniforme. A incrustação compreende pelo menos uma porção do corpo do eletrodo, mais preferivelmente a ponta do eletrodo e uma porção do corpo do eletrodo que se estende a partir da ponta. “Substancialmente rígido” indica que o corpo pode ser apenas ligeiramente elasticamente flexível. O corpo da matriz compreende ou consiste em um material de matriz sólido que é solúvel ou biodegradável em um fluido corporal, em particular um fluido corporal aquoso, mas, alternativamente, também em um rico em gordura. A incorporação do eletrodo no corpo da matriz não apenas permite que o eletrodo seja inserido ou implantado no tecido e que seja nele disposto em uma disposição desejada, mas também em uma configuração desejada. O eletrodo ou pelo menos porções deste estão configuracionalmente travados na matriz. Após dissolução ou degradação da matriz, o eletrodo, em particular o corpo do eletrodo, pode reter sua configuração inicial ou primeira configuração no tecido ou assumir ou ser forçado a assumir uma segunda configuração ou um número ilimitado de configurações. O termo “configuração inicial” significa a configuração do eletrodo ou do corpo do eletrodo ou de uma seção do corpo do eletrodo em uma matriz. Um formato curvilíneo ou outro formato não reto do corpo do eletrodo aumenta a ancoragem do eletrodo no tecido, na medida em que as células do tecido cresceram perto do corpo. Em contraste com um corpo do eletrodo reto, um corpo do eletrodo curvilíneo ou outro não reto melhora a habilidade do eletrodo da invenção para se mover, sem ser deslocado, em harmonia com movimentos não uniformes do tecido no qual o eletrodo é implantado ou inserido.

A adoção de uma segunda configuração pelo corpo do eletrodo pode ser fornecida por vários meios. Se o corpo do eletrodo é elasticamente flexível ou compreende porções elasticamente flexíveis, ele pode ser incrustado no corpo da matriz em um estado comprimido ou tensionado de tal forma que, mediante dissolução da matriz após implantação do eletrodo no tecido mole, o corpo do eletrodo pode se expandir ou contrair, respectivamente.

Em sua configuração inicial, o corpo do eletrodo, embora geralmente se estendendo em uma direção, pode compreender curvas, espirais, alças, seções em ziguezague regulares ou irregulares etc. Em outras palavras, em sua conformação inicial, o comprimento do corpo do eletrodo é substancialmente maior do que a distância entre suas primeiras e segundas extremidades. O termo “substancialmente maior” significa um comprimento como, por exemplo, 2 por cento ou mais, em particular por 5 por cento ou mais, até mesmo por 20 cento ou mais, e até por 50 por cento ou mais, da distância entre suas primeiras e segundas extremidades do eletrodo. O segmento da ponta do eletrodo que se estende da segunda extremidade, no entanto, preferivelmente possui uma configuração reta ou ligeiramente curva.

A extremidade distal ou o segmento da ponta do eletrodo, que não é isolado, pode ser de qualquer formato adequado. Pontas afiadas são preferidas se o eletrodo tem finalidade de registro. Se o eletrodo se destina a ser usado para estimulação, prefere-se que o segmento da ponta do eletrodo não tenha margens afiadas, mas sim tenha um contorno suave para reduzir a erosão do segmento da ponta. Opcionalmente, a área de superfície do segmento da ponta do eletrodo pode ser aumentada ao ser tornada mais áspera para aumentar o contato com as células circundantes e diminuir a impedância do eletrodo. Uma superfície áspera pode ser obtida, por exemplo, por revestimento do eletrodo com platina negra ou por entalhe.

Em sua base, o eletrodo está em contato eletricamente condutor com equipamento eletrônico por meio de um fio elétrico flexível isolado.

Na ponta e/ou na seção do corpo, o eletrodo da invenção pode ser vantajosamente fornecido com meios de ancoragem, por exemplo, porções ásperas da superfície ou porções da superfície que possuem adesivos ou propriedades adesivas em relação ao tecido circundante. Elas podem até mesmo ser de um tipo, por exemplo, de titânio, ou possuir porções revestidas com óxido de titânio, permitindo adesão ao tecido ou crescimento interno. Filamentos finos que se estendem lateralmente anexados ao segmento da ponta, que estão dispostos em uma direção proximal durante o procedimento de inserção e depois se desdobram com a retração do eletrodo por uma distância curta, são conhecidos (WO 2007/040442); o eletrodo da invenção pode ser fornecido com esses filamentos para ancorá-lo ainda mais no tecido. Prefere-se que esses filamentos finos que se estendem lateralmente tenham um diâmetro igual ou preferivelmente menor do que o diâmetro do corpo do eletrodo, e/ou que tenham um comprimento que os permita fazer uma protrusão lateralmente por uma distância adequada, por exemplo, até 50 μm ou mais, e até mesmo 100 μm ou mais, do eletrodo. Prefere-se que os filamentos finos que se estendem lateralmente funcionem adicionalmente como eletrodos, quando então pelo menos suas pontas não são isoladas. Prefere-se também que um filamento que se estende lateralmente compreenda ou consista em material do eletrodo eletricamente condutor, e que o material seja integral com o material do corpo do eletrodo. No entanto, também está incluído no escopo da invenção que os filamentos que se estendem lateralmente sejam de um material diferente daquele do eletrodo. Desde que os filamentos que se estendem lateralmente não impeçam a inserção do eletrodo incrustado na matriz no tecido, eles podem se estender do eletrodo em qualquer direção, por exemplo, uma direção distal, radial ou proximal. Também é possível que um eletrodo compreenda diversos filamentos que se estendem lateralmente e que aqueles filamentos se estendam em uma ou várias direções a partir do eletrodo. Da mesma forma, prefere-se que o núcleo ou tubo de suporte do eletrodo seja do mesmo material que o segmento da ponta e que seja integral com ele. Em um eletrodo equipado com elementos protrusos em seu segmento da ponta, essa retirada pode permitir que os elementos protrusos sejam ancorados no tecido e para fazer com que o eletrodo resista à retirada. Empurrar um eletrodo de design apropriado da ponta, por exemplo, uma ponta que se curva ou se inclina afastando-se do eixo longo do corpo do eletrodo definido pela linha reta que conecta suas primeiras e segundas extremidades no tecido, pode fazer com que sua porção da ponta se desvie lateralmente da direção do eixo longo.

O corpo da matriz da invenção é de um material biocompatível que se dissolve ou é degradado em um fluido corporal, em particular um ambiente aquoso, mas, alternativamente, também em um ambiente rico em gordura. A degradação pode ser catalisada por enzimas presentes em um fluido corporal em contato com a matriz, em particular um fluido corporal aquoso ou gordura corporal. Antes de se dissolver ou ser degradado, o corpo da matriz pode inchar ou não. O corpo da matriz é preferivelmente oblongo em uma direção distal, ou seja, forma a parte frontal do eletrodo incrustado na matriz que é introduzida primeiro no tecido. Ele pode ser moldado, por exemplo, como uma barra de um comprimento pelo menos igual à distância entre as primeiras e as segundas extremidades do eletrodo em sua conformação inicial. O corpo da matriz é preferivelmente afilado na direção de sua extremidade distal. Seu corte da extremidade distal é preferivelmente aproximadamente cônico para facilitar a inserção em tecido mole. Sua ponta distal pode ter um formato afiado ou rombo. Um formato rombo minimiza o risco de ruptura vascular durante a inserção, enquanto uma ponta afiada irá reduzir a resistência do tecido contra a inserção. O formato do corpo da matriz permite seguir uma linha reta no trajeto de inserção quando se insere o eletrodo profundamente no tecido mole e, dessa forma, permite que o usuário posicione com precisão o eletrodo no tecido. Materiais de matriz adequados incluem materiais colantes biocompatíveis à base de carboidratos ou de proteína conhecidos na técnica. Outros materiais de matriz biocompatíveis úteis adequados incluem: ácido poliglicólico, polímero de carboxivinil, poliacrilato de sódio, carboximetil celulose, sódio carboximetil celulose, pululana, polivinilpirrolidona, goma karaya, goma xantana, goma arábica, goma Guar, goma Cassia Tora, goma Ghatti e outras gomas naturais, pectina, tragacanto, ácido algínico.

Opcionalmente, o corpo da matriz compreende duas ou mais seções de materiais de matriz que diferem em sua taxa de dissolução ou degradação em um fluido corporal, em particular um ambiente aquoso, mas até mesmo em um ambiente rico em gordura. Por exemplo, em certas aplicações, é vantajoso que o corpo da matriz compreenda ou consista em duas seções, uma seção proximal e uma seção distal, em que a taxa de dissolução do material da seção distal é substancialmente maior do que a do material da seção proximal, de modo a encurtar o tempo de dissolução da seção distal de vinte segundos a dez minutos. O design permite que o eletrodo da invenção seja inserido próximo ao tecido- alvo com ambas as seções da matriz intactas; com a dissolução do material de matriz da seção distal, na qual uma porção distal ou segunda extremidade do corpo do eletrodo e/ou o segmento da ponta está incrustada, o eletrodo pode ser retirado do tecido por uma distância curta ou impulsionado ainda mais dentro do tecido por uma distância curta. Está dentro do âmbito da invenção que o corpo da matriz compreende um meio de aumento da dissolução como, por exemplo, canais que podem ser infiltrados por fluido corporal. Dessa forma, o corpo da matriz ou uma porção deste pode ter uma estrutura não porosa ou porosa. O retardo da dissolução ou degradação do material de matriz pode ser obtido por arranjo de uma ou mais camadas de um revestimento de retardo da dissolução ou de retardo da degradação no corpo da matriz ou em seções deste. O revestimento de retardo da dissolução da matriz é de um material que preferivelmente se dissolve em um ambiente aquoso em uma taxa substancialmente mais lenta do que aquela da seção matriz por ela protegida. O revestimento de retardo da dissolução da matriz pode ser do tipo que é facilmente dissolvível, mas que seja degradável em um ambiente aquoso ou em um ambiente rico em gordura corporal, por exemplo, um revestimento de cera, um revestimento de poliéster, por exemplo, um revestimento de poliglicolato, polilactato, poli(glicolato, lactato) ou policarbonato ou um revestimento de peptídeo, por exemplo, um revestimento de colágeno.

O eletrodo da invenção se destina à inserção em tecido mole vivo, em particular tecido cerebral e da medula espinhal, mas também, por exemplo, no fígado, nos rins, músculos esqueléticos, músculos cardíacos, músculos viscerais e tecido conjuntivo. O eletrodo da invenção pode ser usado para registro e/ou com a finalidade de estimulação nervosa. Se usado para fins de registro, um fio de eletrodo da invenção pode ser equipado com um pré- amplificador miniaturizado. Prefere-se que o amplificador esteja disposto em uma distância curta da ponta, por exemplo, na junção do corpo e segmentos da ponta, para aumentar a proporção do sinal em relação ao ruído.

Para facilitar ainda mais a inserção em tecido mole, prefere-se que um bastão micromanipulador ou similar seja anexado à matriz ou incrustado na matriz perto ou na extremidade proximal desta. A adesão reversível do micromanipulador pode alternativamente ser fornecida por um meio de ancoragem fixado ao segmento de base do eletrodo.

Dessa forma, a presente invenção revela um eletrodo flexível, cujo comprimento da ponta distal até a base proximal pode ser aumentado ou diminuído de forma reversível após inserção em tecido mole.

Feixes de eletrodos

Em certas aplicações, é vantajoso usar múltiplos eletrodos dispostos adequadamente do tipo revelado acima. Por exemplo, o corpo rígido ou substancialmente rígido da matriz da invenção pode ser compartilhado por dois ou mais eletrodos, até mesmo centenas de eletrodos, com o objetivo de dispor diversos eletrodos em uma região de tecido mole. A combinação de dois ou mais eletrodos da invenção em um corpo da matriz comum é denominada “feixe de eletrodos”. Também está dentro do âmbito da invenção fornecer um feixe de eletrodos com fios de eletrodo retos convencionais, fios ópticos, polímeros contráteis ou chips de eletrodos rígidos contendo eletrodos e/ou eletrônica, cujos elementos estão pelo menos parcialmente dispostos no corpo da matriz. Opcionalmente, o corpo da matriz compreende duas ou mais seções de materiais de matriz que diferem em sua taxa de dissolução em um ambiente aquoso. Um corpo da matriz seccionado para um feixe de eletrodos da invenção corresponde, em relação às suas características, ao corpo da matriz do eletrodo da invenção descrito acima.

Prefere-se que os eletrodos da invenção compreendidos pelo feixe de eletrodos sejam de comprimentos variáveis e, se o corpo da matriz é de forma rotacionalmente simétrica, por exemplo, cilíndrico, estejam dispostos em torno do eixo central deste. Prefere-se que os eletrodos mais longos estejam dispostos em uma distância curta do eixo e que aqueles mais curtos em uma distância maior do eixo de modo a fazer com que suas pontas definam uma ponta do corpo da matriz arredondada. Suas extremidades proximais estão preferivelmente dispostas em um plano transverso ao eixo rotacional ou próximo a ele. No entanto, também está incluída no escopo da invenção a disposição dos eletrodos de modo que formem uma ponta do feixe de eletrodos unilateralmente inclinada ou de algum outro modo não simétrica. Dessa forma, o corpo da matriz do feixe de eletrodos pode ser afilado em uma direção distal de modo a formar, por exemplo, uma porção distal terminal triangular cônica ou plana. A porção distal terminal pode ter um formato rombo para minimizar o risco de ruptura vascular durante inserção do feixe de eletrodos no tecido mole.

De acordo com outro aspecto preferido da invenção, o feixe de eletrodos compreende uma ou mais fibras ópticas para permitir a estimulação radioativa do tecido ou de componentes deste, e/ou para o registro de radiação que emana do tecido circundante. De uma forma que corresponde àquela dos eletrodos, as (uma ou mais) fibras ópticas são mantidas em uma posição selecionada no feixe de eletrodos por meio da matriz.

De acordo com um aspecto preferido adicional da invenção, dois ou mais eletrodos no feixe de eletrodos incrustado na matriz da invenção podem ser unidos nas suas primeiras extremidades ou próximo a elas por uma placa de base, por exemplo, de um material cerâmico ou de polímero. Os eletrodos unidos dessa forma podem ser de comprimentos iguais ou diferentes. A placa de base pode ser equipada com componentes eletrônicos como, por exemplo, amplificadores, e estar conectada com eletrônica fora do tecido para estimulação e fins de registro por meio de um cabo ou telemetricamente; ela também pode ser usada para montagem de um meio para a recepção de um micromanipulador.

De acordo ainda com um aspecto preferido adicional da invenção, o feixe de eletrodos compreende um ou mais elementos contráteis bimetálicos capazes de alterar seu formato, por exemplo, para se curvarem, quando a corrente elétrica é passada através deles. Esses elementos contráteis podem ser usados para controlar o trajeto de inserção do feixe de eletrodos incrustado na matriz.

Para inserção do feixe de eletrodos no tecido mole, um micromanipulador é anexado ou anexável a uma porção da extremidade proximal do arranjo de eletrodos, a partir da qual ela se estende em uma direção proximal.

A rigidez do feixe de eletrodos da invenção facilita sua inserção no tecido. Com a inserção, a primeira seção da matriz é rapidamente dissolvida. Dessa forma, a porção terminal distal de um eletrodo se torna capaz de deslocamento lateral em relação aos eletrodos vizinhos. A inserção adicional do feixe de eletrodos no tecido faz com que uma porção distal de um eletrodo que compreende um meio de dispersão se curve, de forma desdobrada, em uma direção que se afasta do eixo do feixe de eletrodos. A dissolução da segunda porção da matriz libera a porção proximal de um eletrodo, fazendo com que ele se torne capaz de deslocamento lateral e/ou axial em relação aos eletrodos vizinhos e assuma uma disposição flutuante no tecido; dessa forma, sua posição no tecido é estabilizada, e as reações ou lesões do tecido que, de outro modo, teriam ocorrido em decorrência de seu movimento ligado a outros eletrodos, são evitadas.

Arranjos de eletrodos e/ou feixes de eletrodos

De acordo com a invenção, dois ou mais eletrodos e/ou feixes de eletrodos incrustados na matriz dispostos em paralelo ou aproximadamente em paralelo podem ser unidos por uma cola que se dissolve em um meio aquoso como, por exemplo, um fluido corporal. A cola deve ser biocompatível. Colas adequadas podem ser colas com base em um carboidrato ou em uma proteína, por exemplo, derivados de celulose alquilados e/ou carboxilados, amilose, e gelatina, mas também podem ser de uma natureza diferente, por exemplo, polivinilpirrolidona e sais alcalinos de ácido poliacrílico. Dessa forma, os eletrodos e/ou feixes de eletrodos podem ser dispostos em um arranjo em um padrão geométrico desejado para implantação. Dessa forma, o tempo necessário para implantação é consideravelmente encurtado, comparado com aquele para o mesmo padrão geométrico obtido por implantação de eletrodos e/ou feixes de eletrodos individuais. Um ou mais eletrodos e/ou feixes de eletrodos incrustados na matriz da invenção em um arranjo desse tipo podem ser substituídos por dois ou mais dos eletrodos incrustados na matriz da invenção que são mantidos temporária ou permanentemente em um relacionamento fixo uns em relação aos outros. Os meios para mantê-los nesse relacionamento fixo podem compreender ou consistir em um ou mais materiais de matriz da invenção ou ser independentes destes. Se independentes destes, os meios podem ser do tipo que se dissolve e/ou desintegra mais lentamente em um ambiente aquoso do que qualquer outro material de matriz do feixe de eletrodos incrustado na matriz, ou um do tipo permanente, por exemplo, um meio que mantém o feixe de eletrodos de WO 2007/040442 em um relacionamento fixo. Similarmente, um ou mais feixes de eletrodos no arranjo de eletrodos da invenção podem ser substituídos por um ou mais feixes de eletrodos de WO 2007/040442. Uma distância adequada entre feixes de eletrodos em um arranjo de feixe de eletrodos da invenção é de 50 μm a 500 μm ou mais.

O arranjo de feixes de eletrodos incrustados na matriz ou de uma combinação de eletrodos incrustados na matriz da invenção e feixes de eletrodos incrustados na matriz da invenção é adequado para estimulação de longa duração, registros multicanal de atividade elétrica neuronal e níveis de substância neurotransmissora ou de outras moléculas bioativas por meio de medidas de reações redox e lesões precisas do tecido para fins científicos, médicos e cuidados animais.

Métodos e usos

De acordo com a invenção, também é revelado um método de fabricação de um eletrodo da invenção incrustado em um corpo da matriz. O método compreende o fornecimento de um meio de fixação, a fixação do eletrodo e, opcionalmente, elementos adicionais a serem incrustados como, por exemplo, fibras ópticas, elementos contráteis etc., no meio de fixação em uma configuração desejada, a aplicação de uma bainha que cobre o eletrodo assim fixado, exceto na base deste, aplicação de uma solução ou suspensão de um primeiro material de matriz sobre o eletrodo de modo a cobrir as porções do eletrodo destinadas a serem incrustadas, o que permite que a solução ou suspensão solvente/dispersante da matriz, respectivamente, evapore ou endureça, a remoção da bainha, e liberação do eletrodo do meio de fixação. Para incrustação do eletrodo em dois materiais de matriz de modo a formar compartimentos da matriz correspondentes, cada um delimitando uma porção do eletrodo, uma porção do eletrodo apropriada fixada por um meio de fixação, como descrito acima, é revestida com uma solução ou suspensão do primeiro material de matriz, cujo solvente/dispersante é subseqüentemente evaporado, seguido por revestimento da porção do eletrodo que permanece a ser coberta com uma solução ou suspensão do segundo material de matriz, evaporação subseqüente do solvente/dispersante do segundo material de matriz, e liberação do eletrodo do meio de fixação. No método, o eletrodo é preferivelmente disposto em uma bainha de material liso de baixa umectabilidade como, por exemplo, um polímero de hidrocarboneto polifluorinado ou borracha de silicone, e nele fixado. Para facilitar a evaporação do solvente, o material da bainha é vantajosamente poroso, em particular microporoso. Após aplicação e secagem do material de matriz (ou materiais), o eletrodo é retirado da bainha.

Um método alternativo de incrustação de um eletrodo da invenção em dois materiais de matriz que formam compartimentos da matriz distintos nos quais porções do eletrodo são incrustados compreende a incrustação de todo o eletrodo em um primeiro material de matriz, dissolução de uma porção do primeiro material de matriz, preferivelmente uma porção distal que se estende da extremidade distal, revestimento da porção distal do eletrodo agora incrustada com um segundo material de matriz, por exemplo, utilizando- se uma bainha aplicada à porção distal não incrustada, preenchimento da bainha com uma solução ou suspensão do segundo material de matriz, evaporação do solvente de modo a secar/endurecer o segundo material de matriz, e remoção da bainha.

De acordo com a presente invenção também é revelado um método de inserção ou implantação de um eletrodo incrustado na matriz, em particular do eletrodo incrustado na matriz da invenção, em tecido mole.

De acordo com a presente invenção, também é revelado um método de inserção ou implantação de um feixe de eletrodos incrustado na matriz, em particular, do feixe de eletrodos incrustado na matriz da invenção, em tecido mole.

De acordo com a presente invenção, também é revelado um método de inserção ou implantação de um arranjo de feixes de eletrodos incrustados na matriz, em particular, do arranjo de feixes de eletrodos incrustados na matriz da invenção, em tecido mole.

A invenção também está relacionada ao uso do eletrodo incrustado na matriz, do feixe de eletrodos incrustado na matriz ou do arranjo de feixes de eletrodos incrustados na matriz para estimulação nervosa de longa duração, registros multicanal de atividade elétrica neuronal e de níveis de substância neurotransmissora por meio de medidas de reações redox e lesões do tecido para fins científicos, médicos e de cuidados animais.

A invenção será agora explicada com mais detalhes por referência a diversas modalidades preferidas ilustradas em um desenho que compreende diversas figuras, as quais, no entanto, não devem ser escalonadas. Os feixes de eletrodos são renderizados com um contorno acentuado.

DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

A Fig. 1a é um corte longitudinal através de uma primeira modalidade do eletrodo da invenção, que compreende um segmento da ponta e um corpo de um núcleo não condutor de seda revestido com prata e ouro, e um revestimento isolante de polímero, com o corpo em uma configuração ondulada;

As Figs. 1b e 1c são cortes transversais A-A, B-B através da ponta e do corpo, respectivamente, do eletrodo da Fig. 1a;

A Fig. 1d é a modalidade da Fig. 1a, em um estado estendido;

A Fig. 2a é um corte longitudinal através de uma segunda modalidade do eletrodo da invenção, em um estado que corresponde àquele da modalidade da Fig. 1a;

A Fig. 2b é uma visão parcial aumentada da ponta do eletrodo da Fig. 2a;

A Fig. 3a é um corte longitudinal através de uma terceira modalidade do eletrodo da invenção, em um estado que corresponde àquele da Fig. 1a;

A Fig. 3b é uma visão parcial aumentada da ponta do eletrodo da Fig. 3a;

As Figs. 4a-4c são cortes longitudinais através de uma quarta modalidade do eletrodo da invenção, mostrado incrustado em uma matriz dissolúvel (4a), em um estado após inserção em um tecido mole e dissolução da matriz (4b), e em um estado estendido (4c) no tecido;

A Fig. 5a é um corte longitudinal através de uma primeira modalidade de um feixe de eletrodos da invenção incrustados em uma matriz dissolúvel;

A Fig. 5b é um corte transversal C-C através da modalidade da Fig. 5a;

A Fig. 6 é um corte longitudinal através de uma segunda modalidade de um feixe de eletrodos da invenção incrustados em uma combinação de matrizes dissolvíveis, em uma visão que corresponde à visão do feixe de eletrodos na Fig. 5a;

A Fig. 7a é um corte longitudinal através de uma primeira modalidade do arranjo de feixe de eletrodos da invenção que compreende quatro feixes de eletrodos incrustados na matriz das Figs. 5a, 5b;

A Fig. 7b é um corte transversal D-D através do arranjo de feixe de eletrodos da Fig. 7a;

A Fig. 8 é um corte longitudinal F-F através de uma segunda modalidade do arranjo de feixe de eletrodos da invenção incrustados em uma combinação de matrizes dissolvíveis e que compreende um meio de inchamento;

A Fig. 8a é um corte transversal E-E através do arranjo de feixe de eletrodos da Fig. 8;

As Figs. 8b-8f ilustram o processo de dissolução consecutiva das matrizes dissolvíveis do arranjo das Figs. 8, 8a inseridas em tecido mole, na mesma visão que na Fig. 8;

A Fig. 9 é uma terceira modalidade do arranjo de feixe de eletrodos da invenção, em um corte longitudinal que corresponde àquele da Fig. 8;

As Figs. 10-11 ilustram uma quarta e uma quinta modalidade do eletrodo da invenção, em uma visão que corresponde àquela da Fig. 1a;

A Fig. 12 ilustra uma sexta modalidade do eletrodo da invenção, em um corte longitudinal G-G (Fig. 12a);

A Fig. 12a é uma visão superior aumentada, em uma direção proximal, do eletrodo da Fig. 12;

A Fig. 13 é um corte longitudinal através de uma modalidade adicional de um feixe de eletrodos da invenção incrustados em uma matriz dissolúvel e unidos em suas extremidades proximais por um disco de suporte do eletrodo, em uma visão que corresponde à visão do feixe de eletrodos na Fig. 5a;

A Fig. 14 é um corte longitudinal através de uma quarta modalidade do arranjo de feixe de eletrodos da invenção, que compreende quatro feixes de eletrodos incrustados na matriz do tipo mostrado na Fig. 13 montados em um disco de suporte do arranjo, em uma visão que corresponde à visão do arranjo de feixe de eletrodos da Fig. 7, mas com uma porção do corte da extremidade distal omitido.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

A primeira modalidade 1 do eletrodo da invenção das Figs. 1a-1c compreende um corpo em forma de onda geralmente oblongo 2 com uma base 4 em sua primeira extremidade, proximal, e um segmento da ponta 3 em sua segunda extremidade, distal, com um ponto ou ponta 5, que pode ser afiada ou romba. Uma ponta romba 5 possui a vantagem de evitar danos aos vasos sangüíneos se disposta em um tecido rico em vasos. A base 4 do eletrodo 1 é uma “pérola de soldador” que conecta o corpo do eletrodo 2 em sua extremidade proximal com um fio isolado fino para conexão elétrica com um aparelho elétrico 10. O aparelho elétrico pode ser de vários tipos, por exemplo, para alimentação de corrente elétrica ao eletrodo e/ou para receber sinais elétricos do eletrodo. O corpo do eletrodo 3 é flexível, mas substancialmente não elástico. Como mostrado no corte transversal aumentado da Fig. 1c, ele consiste em um núcleo 7, uma camada intermediária 8 e um revestimento 9. O núcleo 7 é um fio de seda sobre o qual a camada intermediária fina 8 de cromo foi depositada por emissão de íons. A camada intermediária 8 é coberta por um revestimento 9 de polivinil formal. Em contraste com o corpo do eletrodo 2, o segmento da ponta 3 não é isolado, ou seja, não possui o revestimento 9 (Fig. 1b). A aplicação de uma pequena força às extremidades opostas do eletrodo 1 de modo a distanciá- las resulta em uma configuração estendida, substancialmente reta, do corpo do eletrodo mostrado na Fig. 1d.

A segunda modalidade 101 do eletrodo da invenção mostrada nas Figs. 2a, 2b difere da primeira modalidade pelo padrão de forma de onda de seu corpo 102. Os números de referência 103, 104 referem-se ao segmento da ponta, que termina em um ponto afiado 105, e à base do eletrodo, respectivamente.

A terceira modalidade 201 do eletrodo da invenção mostrada nas Figs. 3a, 3b difere da primeira modalidade pela porção da superfície áspera 210 do segmento da ponta 203 que se estende da ponta romba 205 na direção do corpo do eletrodo ondulado 202 e da base do eletrodo 204. Essa aspereza aumenta a retenção no local de implantação e aumenta a área de contato do eletrodo com as células circundantes, reduzindo, dessa forma, a resistência elétrica entre o eletrodo e as células.

Na Fig. 4a, uma quarta modalidade 301 do eletrodo da invenção é mostrada com seu segmento da ponta 303 e seu corpo 302 incrustados em uma cobertura da matriz 312 de material hidrossolúvel de tal forma que a ponta afiada do eletrodo 305 aponte na mesma direção que a ponta romba da cobertura da matriz 313. Em uma distância da ponta 305, uma farpa 314 se estende em uma direção inclinada proximal a partir do segmento da ponta 303. Exceto em sua base 304 que abriga o cabo 306, o eletrodo 301 é totalmente incrustado na cobertura da matriz 312. O corpo incrustado do eletrodo 302 possui uma configuração em ziguezague. A combinação 321 do eletrodo 301 e da cobertura da matriz 312 é denominada “eletrodo estabilizado”. É nessa forma estabilizada 321 que o eletrodo 301 pode ser inserido no tecido mole retendo a configuração em ziguezague do corpo. Pouco tempo após a inserção, a cobertura da matriz 312 é dissolvida por fluido corporal (Fig. 4b); o eletrodo 301, no entanto, ainda retém substancialmente a configuração em ziguezague na qual foi incrustado na cobertura da matriz 312 e na qual foi inserido no tecido. Pela farpa 314, o eletrodo 301 é ancorado no tecido, em particular contra uma força que tenta retirar o eletrodo 301 dela. Por aplicação de uma força de retirada à base 304, o corpo do eletrodo 302 pode ser retesado, ou seja, estendido, para assumir a configuração retesada 302' mostrada na Fig. 4c.

Uma primeira modalidade de um feixe incrustado na matriz 411 de quatro eletrodos da invenção é mostrada nas Figs. 5a, 5b. Os eletrodos, que são do tipo do eletrodo 101 das Figs. 2a, 2b, estão dispostos em paralelo e de forma eqüidistante ao eixo rotacional S do feixe 411 em um corpo da matriz dissolvível 412. Em relação ao corpo do eletrodo 402a do primeiro eletrodo, os corpos 402b, 402c, 402d dos outros eletrodos estão dispostos em um ângulo de 90°, 180° e 240°, respectivamente. Na Fig. 5a, os segmentos da ponta 403a, 403c e as bases 404a, 404c do primeiro e terceiro eletrodos, respectivamente, também são mostrados. O corpo da matriz que geralmente se afila cilindricamente 412 se afila em uma distal direção, apenas ligeiramente no início, mas mais pronunciadamente em direção à sua extremidade apontada distal 413.

A segunda modalidade de um feixe incrustado na matriz 511 de quatro eletrodos da invenção mostrada na Fig. 6 compreende quatro eletrodos do tipo revelado nas Figs. 2a, 2b e na mesma disposição em relação a um eixo rotacional S' como no feixe de eletrodos incrustado na matriz 411 das Figs. 5a, 5b. Em contraste com a modalidade das Figs. 5a, 5b, o corpo da matriz compreende duas seções, uma seção proximal 512' que delimita os corpos do eletrodo 502a, 502c etc., e uma seção distal 512’’ que delimita seus segmentos da ponta 503a, 503c. A taxa de dissolução da seção proximal do corpo da matriz 512' é mais lenta do que a da seção distal do corpo da matriz 512’’. Isso permite a inserção de todo o feixe incrustado na matriz 511 em uma primeira profundidade ou nível desejado de um tecido mole e, após dissolução do material da seção distal 512’’, a inserção adicional até uma segunda profundidade ou nível, durante a qual os segmentos da ponta agora sem apoio 503a etc. do primeiro eletrodo 502a, 503a, 504a e dos outros eletrodos não estão mais imobilizados, mas podem se curvar, por exemplo, se curvam se afastando do eixo central S'.

Um arranjo 620 apontado distalmente 631 de feixes de eletrodos da invenção compreende quatro feixes de eletrodos incrustados na matriz dispostos de forma eqüidistante e rotacionalmente simétrica (simetria rotacional de quatro vezes) de um eixo R do arranjo da invenção (Figs. 7a, 7b). O arranjo 620 compreende quatro feixes de eletrodos do tipo ilustrado nas Figs. 5a, 5b, dos quais apenas os corpos 602a - 602d dos quatro eletrodos do primeiro feixe são identificados por números de referência. Os feixes de eletrodos são incrustados em matrizes sólidas dissolvíveis 612a - 612d, respectivamente. Os quatro feixes de eletrodos incrustados na matriz estão dispostos em paralelo com suas pontas 613a - 613d apontando na mesma direção distal. Os feixes de eletrodos incrustados na matriz são unidos por uma cola 630, que é dissolvível em um ambiente aquoso. A cola 630 preferivelmente possui composição e taxa de dissolução ou inchação diferentes do material das matrizes de incrustação 612a - 612d. O material das matrizes de incrustação pode ser igual, mas também é possível usar material (ou materiais) com diferentes taxas de dissolução ou inchação para uma ou mais delas. O arranjo 620 é fornecido com um membro de acoplamento fêmea 640 disposto centralmente na cola 630 em sua face final plana proximal. O membro de acoplamento 640 é projetado para receber de forma reversível um bastão de manipulação 641 para inserção do arranjo 620 no tecido.

Outro arranjo de feixe de eletrodos 720 apontado remotamente 731 da invenção da mesma simetria que o arranjo das Figs. 7a, 7b é mostrado nas Figs. 8, 8a. Além da cola hidrossolúvel 730 que conecta os feixes de eletrodos do arranjo 720, esse último adicionalmente compreende um plugue de inchação 750 disposto centralmente em relação ao eixo T do arranjo e que se estende daí em uma direção radial às seções mais internas da parede dos corpos da matriz 712a-d, cada um compreendendo um feixe de eletrodos incrustado na matriz com quatro eletrodos cada, cada eletrodo tendo um corpo do eletrodo extensível 702a-d etc., enquanto, em uma direção axial, as faces proximal e distal do plugue 750 se unem à cola 730 pela qual os quatro feixes de eletrodos incrustados na matriz são mantidos no lugar. Um bastão de inserção 741 é incrustado na porção proximal central da cola 730. As Figs. 8b-8f ilustram o aspecto do arranjo 720 após a inserção em tecido mole 760. A Fig. 8b mostra a situação imediatamente após inserção do arranjo 720 no tecido 760. O arranjo 720 ainda está intacto. A Fig. 8b mostra a situação cerca de 2 minutos após inserção, e durante esse período a cola 730 se dissolveu no ambiente aquoso do tecido 760. O número de referência 760 representa tecido mole e fluido formado por dissolução da cola 730. Os corpos da matriz 712a-d estão agora separados, exceto quanto a uma possível adesão ao plugue de inchação 750. A seguir, o plugue de inchação 750, agora em contato com fluido do tecido, começa a inchar. A situação após inchação considerável do plugue 750 é mostrada na Fig. 8d. O plugue de inchação 750 é de um material que primeiro incha e mais tarde se dissolve em contato com fluidos corporais aquosos. Ele, por exemplo, é feito de gelatina. A inchação do plugue faz com que os feixes de eletrodos incrustados na matriz se movam se afastando radialmente, e seu resultado é mostrado na Fig. 8e. Finalmente, os corpos da matriz 712a-712d estão se dissolvendo lentamente no fluido corporal, o que faz com que os eletrodos 702a, 702c do primeiro feixe de eletrodos, os eletrodos do terceiro feixe de eletrodos 702a’’, 702c’’, e os eletrodos dos outros feixes de eletrodos se tornem dispostos no tecido, como mostrado na Fig. 8f.

A terceira modalidade do feixe de eletrodos da invenção mostrada na Fig. 13 compreende quatro eletrodos com corpos do eletrodo extensíveis 802a, 802c anexados às bases 804a, 804c. O feixe está incrustado em um corpo da matriz dissolvível 812 que se estreita em direção à sua ponta distal 813. As bases do eletrodo 804a, 804c estão moldadas em um disco de suporte do eletrodo 807 do qual suas porções posteriores fornecidas com condutores 806a, 806c se estendem. O disco de suporte do eletrodo 807 é feito de um material de polímero não condutor. Essa modalidade permite manter as porções proximais dos eletrodos em uma distância desejada, enquanto suas porções distais podem se mover mais livremente.

Uma terceira modalidade do arranjo de feixe de eletrodos 920 da invenção é mostrada na Fig. 9. Ela difere do arranjo de feixe de eletrodos 620 das Figs. 7a, 7b pelo fato de que os eletrodos da invenção com segmentos da ponta 903a, 903c de comprimento diferente e corpos do eletrodo 902a, 902c do mesmo comprimento são compostos por um primeiro feixe de eletrodos incrustado em uma matriz 912a, e que um terceiro feixe de eletrodos incrustado em uma matriz 912c compreende um eletrodo da invenção que possui um corpo do eletrodo 902c’’ e uma fibra óptica 970 disposta em paralelo com o eletrodo. O arranjo 920 compreende quatro feixes de eletrodos incrustados na matriz dos quais, no entanto, apenas dois são mostrados na Fig. 9. Os eletrodos do arranjo mostrados conectados por meio de condutores flexíveis finos 906a, 906c, 906c’’ até uma unidade de controle 960 pelos quais são energizados ou pelos quais pode transmitir sinais elétricos nervosos. A fibra óptica 970 é mostrada conectada à unidade central que pode compreender uma fonte luminosa para o envio de radiação através da fibra para o tecido no qual a fibra 970 é implantada ou que pode compreender meios para a detecção de radiação que emana do tecido recebida por meio da fibra 970.

As Figs. 10-12 ilustram modalidades preferidas adicionais do eletrodo da invenção com segmentos da ponta modificados.

O eletrodo 1001 da Fig. 10 compreende um corpo do eletrodo oblongo extensível 1002 e um segmento da ponta 1003 do qual pequenos apêndices 1011-1011’’’ se estendem radialmente/distalmente e espaçados ao longo do segmento da ponta 1003.

O eletrodo 1101 da Fig. 11 compreende um corpo do eletrodo oblongo extensível 1102 e um segmento da ponta 1103 do qual apêndices duplamente curvos 1111-1111’’’’ se estendem aproximadamente radialmente e espaçados ao longo do segmento da ponta 1103.

O eletrodo 1201 das Figs. 12, 12a compreende um corpo do eletrodo oblongo extensível 1202 e um segmento da ponta 1203 a partir de um plano radial do qual vinte e quatro apêndices curvos posteriormente, dos quais apenas o primeiro e o vigésimo apêndice 1211-01, 1211-13, se estendem em uma configuração em guarda-chuva.

O arranjo de feixe de eletrodos 1320 da invenção da Fig. 14 compreende quatro feixes de eletrodos do tipo mostrado na Fig. 13. Na visão de corte da Fig. 14, apenas dois deles podem ser observados. Exceto quanto aos corpos da matriz 1312a, 1312c e discos de suporte do eletrodo 1307, 1307’’, apenas os elementos do primeiro feixe, que compreende quatro eletrodos, são fornecidos com números de referência. Apenas dois dos eletrodos do primeiro feixe são visíveis na figura, o primeiro eletrodo compreendendo um corpo do eletrodo 1302a e o terceiro eletrodo compreendendo um corpo do eletrodo 1302c. Estes estão incrustados em um corpo da matriz dissolvível, substancialmente cônico 1312a que se estreita em direção à sua ponta distal que, no entanto, não é mostrada. Suas bases 1304a, 1304c são moldadas em um disco de suporte do eletrodo 1307 de um material de polímero não condutor. Os suportes do feixe de eletrodos 1307, 1307’’ são montados de forma adesiva (não mostrado) em um disco de suporte do arranjo 1335 com suas faces proximais adjacentes à face distal do disco 1335. Para permitir que os cabos 1306a, 1306c dos eletrodos passem através do disco de suporte do arranjo 1335, esse último é fornecido com orifícios 1337a, 1337c voltados para as bases do eletrodo 1304a, 1304c. Os feixes de eletrodos estão dispostos simetricamente em relação ao eixo longo do arranjo e de forma eqüidistante a ele (não mostrado). Seu espaçamento permite que uma porção cilíndrica central 1336 que se estende da face distal do disco de suporte do arranjo 1335 seja disposta entre eles. Um orifício central na face proximal da porção cilíndrica 1336 está disposto para manter de forma reversível um bastão de manipulação 1341 pelo qual o arranjo 1320 pode ser inserido no tecido mole. O interstício restante entre os feixes de eletrodos é preenchido com uma cola biocompatível 1330 solúvel em um ambiente aquoso.

Materiais e dimensões

Dimensões do eletrodo. Os eletrodos da invenção possuem um diâmetro adequado de 10-4 a 10-7 m, em particular de 0,5 a 25 μm. Um diâmetro de fio maior, por exemplo, até 1,5 x 10-3 m, pode ser usado caso seja usado um paradigma grosseiro de estimulação/registro, por exemplo, para produzir lesões no tecido mole. Seu diâmetro pode se alterar ao longo de seu comprimento para facilitar a inserção no tecido, em particular, o eletrodo pode se afilar em direção à sua extremidade distal. Sua extremidade distal pode ser afiada ou romba, mas uma ponta afiada é preferida caso o eletrodo seja usado para o registro de atividade elétrica. Sua parte distal pode até mesmo ter um diâmetro menor do que 10-7 m.

A superfície dos eletrodos pode ser lisa ou não, ou parcialmente lisa e parcialmente não lisa, ou seja, áspera. Uma superfície desigual ou áspera perto da ponta do eletrodo é preferida para aprimorar as propriedades de ancoragem e para redução da impedância da ponta do eletrodo. O eletrodo da invenção é preferivelmente isolado, exceto em porções que se estendem de suas extremidades proximal e distal. No entanto, o corpo do eletrodo também pode ser equipado com meios que permitem a estimulação/registros em múltiplos locais dentro do tecido. Esses meios podem consistir, por exemplo, em filamentos protrusos ultrafinos, ou porções com uma superfície áspera ou desigual que ocupa um comprimento de 10 μm ou mais. Essas regiões não são eletricamente isoladas caso se deseje um contato elétrico com o tecido. Elas também podem servir como um meio de ancoragem e, além disso, para estimulação/registro elétrico. Caso se deseje estimulação elétrica de um volume maior de tecido, prefere-se alternativamente não isolar uma porção maior que se estende da ponta do eletrodo, por exemplo, um comprimento de até 100 μm ou até mesmo 1 mm. São adequados para o isolamento dos fios de eletrodo, por exemplo, vidro, polivinil formal, borracha de silicone, laca não hidrossolúvel.

Um eletrodo da invenção com um corte ramificado da extremidade distal pode ser feito de um fio de seda de multifilamentos, do qual filamentos individuais de um diâmetro de cerca de 1 μm a cerca de 5 μm estão dispostos de forma a se irradiar como um guarda-chuva em uma extremidade do fio. Nessa configuração irradiada, o eletrodo é coberto com um material eletricamente condutor, em particular um metal, por técnicas convencionais de evaporação ou emissão. O eletrodo é então coberto por material isolante, exceto em seções terminais curtas dos filamentos irradiados. Uma forma de fazer com que um eletrodo da invenção compreenda ramificações que se estendem do núcleo do eletrodo em um ponto ou seção desejada compreende pedaços entrelaçados curtos de um fio metálico fino ou de fios de polímero com um núcleo eletrodo do combinado. Os pedaços de fio metálico ou de fio polímero estão dispostos aproximadamente perpendicularmente ou em direções inclinadas em relação a um núcleo de seda torcido por vários filamentos de seda de modo a fazer com que os pedaços de fio metálico ou fio de polímero sejam mantidos entre os filamentos combinados do núcleo de seda como em ornamento (Lametta); o uso de fios metálicos nesse método adicionalmente fornece um meio para a produção de eletrodos multipontos.

Formato do eletrodo. Uma característica importante da presente invenção é que a distância da ponta distal até a base proximal do eletrodo pode ser repetitiva e reversivelmente aumentada e diminuída, sem ruptura do eletrodo, de modo a permitir que o fio siga suavemente movimentos não uniformes no tecido mole circundante, como pode ocorrer nas vizinhanças de vasos arteriais ou venosos, do coração ou dos pulmões ou entre tecido mole e duro. Isso é obtido equipando-se o eletrodo com várias curvas, que podem seguir ou não certo padrão. Dessa forma, os eletrodos podem ter uma configuração ondulada, curvilínea, tortuosa, em espiral ou de algum modo não linear, o que permite que a distância da base proximal até a ponta distal seja facilmente aumentada/diminuída em pelo menos 1%, mas preferivelmente em pelo menos 5%, quando se exerce uma força ao longo do fio. Por exemplo, a distância da ponta até a base de um eletrodo de 1 mm de comprimento pode ser facilmente aumentada/diminuída em pelo menos 10 μm, e até mesmo 50 μm ou mais.

Prefere-se usar um padrão de curva suave, por exemplo, um padrão ondulado ou em espiral. Um padrão caracterizado por curvas abruptas é menos preferido, na medida em que as forças causadas pelo aumento/diminuição da distância entre a ponta e a base do eletrodo não devem afetar substancialmente locais específicos ou seções curtas ao longo do corpo do eletrodo, mas, em vez disso, devem afetar seções maiores. Isso aumentará a tolerância de um eletrodo exposto a alterações contínuas no comprimento pelo movimento de tecido vivo circundante.

Materiais do eletrodo. Para abordar a proporção entre a densidade do eletrodo e a densidade do tecido e, dessa forma, reduzir a diferença em termos de inércia entre o eletrodo e o tecido, o eletrodo da invenção preferivelmente compreende um núcleo de material não condutor leve e forte, por exemplo, fibra de proteína natural, por exemplo, seda, ou fibra de polímero coberta por um material eletricamente condutor. Alternativamente, um material de suporte em forma de tubo preenchido com um material eletricamente condutor como, por exemplo, um metal, em particular um metal nobre ou uma liga de metal nobre, mas também carbono, pode ser usado. Outros exemplos de materiais de suporte de núcleo não condutor ou em forma de tubo úteis são vidro e cerâmica. O material eletricamente condutor pode ser depositado no material de suporte por técnicas convencionais de emissão ou evaporação. Embora não preferido, o eletrodo da invenção pode opcionalmente compreender um núcleo metálico eletricamente condutor, em particular, de ouro, platina, titânio, aço inoxidável, uma liga que compreende mais de 30% por peso de metal nobre como, por exemplo, irídio, combinação de platina e irídio, e tungstênio, mas também de um polímero eletricamente condutor.

Materiais de matriz. O eletrodo da invenção é incrustado em um ou mais materiais de matriz biocompatíveis que diferem em sua taxa de dissolução. Para aplicações nas quais os fios se destinam a seguir linhas retas durante a inserção ou manter sua configuração após inserção, prefere- se usar um material de incrustação. Para aplicações nas quais as partes distais dos eletrodos se destinam a se desdobrar no tecido-alvo, prefere-se usar pelo menos dois materiais de incrustação diferentes, um de duração mais curta, referido abaixo como material de matriz X, e outro de longa duração, referido abaixo como material de matriz Y. Materiais de matriz adequados incluem carboidrato e/ou um material proteináceo, mas também, por exemplo, goma arábica e ácido poliglicólico. O material de matriz X usado para incrustação de uma porção distal da extremidade do eletrodo possui uma taxa de dissolução em uma temperatura de 37°C em fluido corporal, por exemplo, plasma ou fluido intersticial, que permite que um eletrodo nela incrustado se torne livre em relação ao seu deslocamento em relação aos eletrodos vizinhos em um período de tempo curto, em particular, em até 5 segundos a 3 minutos. O material de matriz Y é aquele que possui uma taxa de dissolução que corresponde àquela que permite que um eletrodo nela incrustado se torne livre em relação ao seu deslocamento em relação aos eletrodos vizinhos em até 30 segundos a 10 minutos ou mais, mas em qualquer caso, até mesmo em um ponto do tempo posterior do que o momento em que a porção distal da extremidade do eletrodo fica livre em seu deslocamento (lateral). Tempos de dissolução mais longos para o material de matriz X, por exemplo, até 20 minutos, e tempos de dissolução conseqüentemente mais longos para o material de matriz Y, podem ser usados em um procedimento de inserção lento, por exemplo, quando se insere um arranjo de eletrodos profundamente no tecido.

Materiais adequados para o material de matriz X incluem dissacarídeos como, por exemplo, sacarose fervida em água por 10-30 minutos ou mais; dessa forma, são obtidos tempos de dissolução de 1-3 minutos. Outros materiais adequados como material de matriz X incluem gelatina e materiais à base de gelatina que foram dissolvidos em água a 40-50 °C e depois secos.

Um material adequado para uso como material de matriz X pode ser obtido fervendo-se e resfriando-se repetidamente uma solução aquosa contendo um açúcar ou uma mistura de açúcares selecionados de sacarose, lactose, manose, maltose, e um ácido orgânico selecionado de ácido cítrico, ácido málico, ácido fosfórico, ácido tartárico. Combinações de açúcares e ácidos orgânicos geram uma gama de tempos de dissolução.

Gelatina também pode ser usada como um material de matriz. É bem conhecido que diferentes tipos de gelatina ou materiais à base de gelatina possuem diferentes taxas de dissolução. Dessa forma, selecionando-se uma combinação adequada de dois tipos de gelatina para o material de matriz X e material de matriz Y, é possível se obter um tempo de dissolução mais rápido da porção distal da matriz de um feixe ou arranjo de eletrodos incrustado em uma matriz dissolúvel bisseccional do que a respectiva porção proximal da matriz. O uso de um material de matriz à base de açúcar para a porção distal da matriz e de um material de matriz à base de gelatina para a porção proximal da matriz ou vice-versa também é possível, bem como de gelatina para um material de matriz distal e de goma arábica para o material de matriz proximal. A seleção de combinações ainda úteis de materiais de matriz, por exemplo, vários tipos de gomas naturais, faz parte dos conhecimentos daqueles habilitados na técnica.

Opcionalmente, materiais de matriz com tempos de dissolução substancialmente mais longos, por exemplo, colágeno modificado, derivados de celulose, amido modificado ou outros materiais biocompatíveis, por exemplo, ácido poliglicólico, também podem ser usados em aplicações que compreendem um procedimento de inserção lento. Por exemplo, nos casos em que o trajeto do arranjo de eletrodos é testado repetitivamente durante a inserção, por exemplo, por imagem em raios-X, e/ou o trajeto é modificado por passagem de corrente através de filamentos contráteis compreendidos pelo arranjo de eletrodos, o tempo para completar o procedimento de inserção pode consumir um tempo mais longo.

Se um eletrodo, um feixe ou arranjo de eletrodos de eletrodos da invenção tiver que ser inserido em um tecido localizado imediatamente abaixo da pele ou da mucosa ou perto da superfície do cérebro ou da medula espinhal ou em outro tecido, por exemplo, até uma profundidade de tecido menor do que 2 mm, poderá ser suficiente usar um único material de matriz, também quando os eletrodos tiverem que se desdobrar no tecido, em particular um material de matriz X, na medida em que apenas a parte distal do arranjo de eletrodos desdobrada pode ser disposta no tecido.

Opcionalmente, o eletrodo incrustado na matriz, feixe ou arranjo de eletrodos de eletrodos da invenção pode ser coberto, completamente ou em parte, por um agente glidante biocompatível para reduzir a fricção durante a inserção no tecido. O agente glidante também pode ser do tipo que retarda o acesso de fluido corporal ao material de matriz e, dessa forma, desacelera a dissolução/degradação deste. Agentes glidantes úteis incluem monopalmitato de glicerol, dipalmitato de glicerol, monoestearato de glicerol, diestearato de glicerol, álcool palmítico, álcool estearílico. Um revestimento fino de agente glidante pode ser aplicado no corpo da matriz, por exemplo, por pulverização do corpo com uma solução do agente em etanol ou etil acetato.

Usos exemplares

Usos preferidos do eletrodo da invenção e também dos feixes de eletrodos da invenção e arranjos do eletrodo da invenção e/ou de feixes de eletrodos da invenção serão descritos a seguir.

Uso clínico. Para auxílio de pacientes após dano cerebral/medular por registro de sinais de neurônios restantes no caso de, por exemplo, acidente vascular cerebral ou doença degenerativa e/ou estimulação de neurônios para compensar perdas de função. Usos similares são possíveis em animais. Em particular: alívio de dor por estimulação de centros analgésicos do tronco cerebral, por exemplo, núcleos na substância cinza periaquedutal; alívio ou diminuição de tremor na doença de Parkinson, movimentos involuntários da coréia e outros por estimulação dentro dos gânglios basais ou núcleos associados; reforço da memória por estimulação de núcleos colinérgicos e/ou monoaminérgicos no caso de doença de Alzheimer ou outras doenças degenerativas; controle do humor, agressão, ansiedade, fobia, afeto, hiper-atividade sexual, impotência, distúrbios da alimentação por estimulação de centros límbicos ou outras áreas cerebrais; reabilitação de pacientes após acidente vascular cerebral ou dano do cérebro/medula espinhal por estimulação de conexões restantes nos córtices cerebrais ou vias motoras descendentes; restabelecimento de controle de funções medulares como, por exemplo, esvaziamento da bexiga e do intestino após lesão da medula espinhal por estimulação de partes relevantes na medula espinhal; controle de espasticidade por estimulação de centros descendentes supramedulares inibidores ou áreas cerebelares apropriadas;restabelecimento de sentidos somatossensoriais, auditivos, visuais, olfativos por estimulação de núcleos relevantes na medula espinhal e o cérebro.

Exemplos em que o registro é combinado com estimulação incluem: monitoramento de ataques epiléticos por eletrodos implantados no foco epilético - acoplado a um sistema que libera fármacos antiepiléticos ou pulsos elétricos; compensação para a perda de conexões no sistema motor por registro do comando motor central e estimulação das partes executivas do sistema motor distal às lesões; registros de níveis sangüíneos de glicose para controlar a liberação de hormônios. Os eletrodos implantados da invenção também podem ser usados para lesionar localmente tecido por passagem de corrente de magnitude suficiente através dos eletrodos. Isso pode ser útil se em um tumor ou um tecido nervoso anormalmente ativo ou epileptogênico tiver que ser lesionado.

Uso em pesquisas. Para estudar as funções normais e patológicas do cérebro e da medula espinhal, é necessário ser capaz de registrar atividade neuronal e, ao mesmo tempo, interagir com o SNC não alterado. Para essa finalidade, os eletrodos, feixes de eletrodos e arranjos de feixes de eletrodos da invenção terão que ser implantados no SNC por um longo tempo. Em função de seu design e de suas dimensões, eles podem ser deixados fixamente no SNC por um período de tempo muito longo, e também durante o desenvolvimento quando o volume do tecido está aumentando gradualmente. Eles podem, por meio de conexões com fio ou equipamento telemétrico, se comunicar com equipamento de medição de vários tipos, por exemplo, amplificadores, estimuladores e computadores. Eles também podem ser usados para estimulação ou para uma combinação de registro e estimulação. Por exemplo, eles podem ser usados para monitorar a atividade em vias relacionadas à dor ou em sistemas de controle da dor no tronco cerebral ou em outros locais em animais durante testes de analgésicos em potencial.

Uso como interface para interação com computadores e dispositivos neuroprostéticos. Em pacientes com lesão do sistema nervoso periférico, pode ser útil registrar sinais de comando do SNC. Esses sinais podem então ser interpretados por programas de computador e usados para guiar a atividade em neuropróteses, por exemplo, mãos ou pés artificiais, estimulação guiada de músculos e órgãos como, por exemplo, a bexiga e o intestino.

Uso no controle da função de órgãos endócrinos e exócrinos. Em pacientes com uma secreção ou regulação hormonal deficiente, o eletrodo, feixe ou arranjo de eletrodos e/ou feixes de eletrodos da invenção podem ser usados para controlar a secreção de hormônios por órgãos exócrinos ou endócrinos.

Claims

1. Eletrodo médico (1, 101, 201, 301) compreendendo: um segmento de base (4, 104, 204, 302), um segmento da ponta (3, 103, 203, 303), um corpo do eletrodo (2, 102, 202, 302), o corpo do eletrodo (2, 102, 202, 302) compreendendo um de: a) um núcleo eletricamente condutor e uma camada isolante no núcleo, ou b) um núcleo eletricamente não condutor (7), uma camada eletricamente condutora (8) no núcleo (7) e uma camada isolante (9) na camada eletricamente condutora (8); matriz biocompatível rígida, que é solúvel ou biodegradável em um fluido corporal, a referida matriz formando um corpo de matriz (312); em que pelo menos o segmento da ponta (3, 103, 203, 303) e o corpo do eletrodo (2, 102, 202, 302) são incrustados na matriz, em um formato configurado para seguir uma linha reta no trajeto de inserção durante a inserção do eletrodo (1, 101, 201, 301) no tecido mole, caracterizado pelo fato de que o corpo de eletrodo (2, 102, 202, 302) inclui ainda porções configuradas para se movimentarem (302, 302') umas em relação às outras quando implantadas ou inseridas em tecido mole, de modo a aumentar ou diminuir sua distância ao longo do eletrodo (1, 101, 201, 301).

2. Eletrodo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o corpo do eletrodo (2, 102, 202, 302) está incrustado na matriz em uma configuração na qual seu comprimento é maior em 2 por cento ou mais do que a distância entre suas extremidades.

2. Eletrodo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um meio de ancoragem (314) disposto no segmento da ponta (303).

4. Eletrodo, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o meio de ancoragem (314) é incrustado na matriz.

5. Eletrodo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o corpo da matriz (12) compreende duas seções que diferem em sua taxa de dissolução ou degradação.

6. Eletrodo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um diâmetro do corpo do eletrodo é de 10-7 a 10-4 m.

7. Eletrodo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender ainda um revestimento de retardo da dissolução no corpo da matriz (312).

8. Feixe de eletrodos médicos (411) compreendendo dois ou mais feixes de eletrodos (402a, 403a, 404a; 402c, 403c, 404c), cada feixe de eletrodo (402a, 403a, 404a; 402c, 403c, 404c) incluindo: um segmento de base (404a; 404c), um segmento da ponta (403a; 403c), um corpo do eletrodo (402a; 402c) disposto entre o segmento de base (404a; 404C) e o segmento da ponta (403a; 403c); o corpo do eletrodo (402a; 402c) compreendendo um de: a) um núcleo eletricamente condutor e uma camada isolante no núcleo, ou b) um núcleo eletricamente não condutor (7), uma camada eletricamente condutora no núcleo (8) e uma camada isolante (9) na camada eletricamente condutora (8); e uma matriz biocompatível rígida, que é solúvel ou biodegradável em um fluido corporal, formando um corpo de feixe de eletrodos (412); em que pelo menos o segmento da ponta (403a; 403c) e o corpo do eletrodo (402a; 402c) são incrustados na matriz em um formato configurado para seguir uma linha reta no trajeto de inserção durante a inserção do feixe de eletrodos (411) no tecido mole,caracterizado pelo fato de que o corpo do eletrodo (402a, 402c) inclui porções configuradas para se movimentarem (302, 302') umas em relação às outras quando implantadas ou inseridas em tecido mole, de modo a aumentar ou diminuir sua distância ao longo do eletrodo (402a, 403a, 404a; 402c, 403c, 404c).

9. Feixe de eletrodo, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que cada feixe de eletrodo (402a, 403a, 404a; 402c, 403c, 404c) compreende um meio de ancoragem disposto no segmento da ponta (403a, 403c).

10. Feixe de eletrodo, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato que a matriz do feixe compreende duas seções que diferem em suas taxas de degradação ou dissolução.

11. Feixe de eletrodos, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato que compreende ainda um revestimento de retardo da dissolução no corpo da matriz do feixe (412).

12. Feixe de eletrodos, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que compreende uma placa de base (807) de um material não condutor na qual bases (804a, 804c) de feixes de eletrodo (802a, 802c) são montadas.

13. Feixe de eletrodos, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de compreender uma ou mais fibras ópticas (970).

14. Arranjo de feixe de eletrodos médicos (620, 720, 1320) caracterizado por compreender dois ou mais feixes de eletrodos, conforme definidos na reivindicação 8, pelo menos parcialmente incrustados em uma matriz do arranjo biocompatível rígida que seja solúvel ou biodegradável em um fluido corporal, a matriz do arranjo formando um corpo da matriz do arranjo (630, 730, 1330) de um formato que permite seguir uma linha reta no trajeto de inserção durante a inserção do arranjo (620, 730, 1330) no tecido mole.

15. Arranjo, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a taxa de dissolução ou degradação da matriz do arranjo no referido fluido corporal é maior do que a taxa de dissolução ou degradação da matriz do feixe no mesmo fluido.

16. Arranjo, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por compreender um revestimento de retardo da dissolução ou degradação no corpo da matriz do arranjo (620, 720, 1320).