Femtosecond pulse induced cavitation and bubble generation in porcine and synthetic vitreous humor: The impact of focusing

No fundo do olho, atrás da lente e à frente da retina, encontra-se uma substância clara e gelatinosa chamada humor vítreo. Ela preenche o espaço do globo ocular, mantendo sua forma e permitindo que a luz passe para a parte posterior do olho, onde a visão começa. Às vezes, esse gel transparente torna-se turvo com pequenos fios ou aglomerados que projetam sombras na retina, aparecendo como moscas volantes irritantes que flutuam pelo campo de visão de uma pessoa. Embora essas moscas sejam frequentemente inofensivas, aquelas localizadas muito próximas à delicada retina podem prejudicar severamente a visão. Tratá-las é difícil porque as ferramentas usadas para quebrá-las frequentemente correm o risco de danificar o tecido saudável circundante. Durante décadas, os cirurgiões confiaram em lasers que emitem pulsos que duram um bilionésimo de segundo, mas esses pulsos são tão longos que geram calor e ondas de choque que podem se espalhar, forçando os médicos a manterem-se longe da retina para evitar cataratas ou outras lesões. Uma abordagem mais recente utiliza pulsos de luz ultracurtos que duram apenas alguns centésimos de quadrilionésimos de segundo. Como esses pulsos são tão breves, eles depositam energia tão rapidamente que o tecido não tem tempo de aquecer ou se mover; em vez disso, a energia luminosa transforma instantaneamente a água no tecido em uma pequena bolha de gás em expansão, que depois colapsa. Esse processo, conhecido como cavitação, pode fragmentar as moscas volantes com extrema precisão, mas apenas se o laser puder ser focado profundamente dentro do olho sem perder seu poder ou criar efeitos colaterais indesejados.

Pesquisadores da Polytechnique Montreal dedicaram-se a entender exatamente como esses pulsos de laser ultracurtos se comportam quando viajam através do humor vítreo, observando especificamente como o foco do laser muda à medida que penetra mais profundamente no olho. Para isso, precisavam de um material que atuasse como o real, mas que fosse mais fácil de manipular. Eles criaram uma versão sintética da gelatina do olho usando uma mistura de água, um agente espessante comum encontrado em alimentos e uma substância naturalmente encontrada nas articulações humanas. Eles também testaram o humor vítreo real retirado de olhos de porco, que se assemelha de perto à versão humana. Ao disparar pulsos únicos de luz laser nesses materiais, eles puderam observar o que acontecia quando a luz atingia o alvo. Descobriram que era possível criar essas pequenas bolhas com um único pulso de luz carregando muito pouca energia, muito menos do que os sistemas de laser mais antigos exigiam. Essa baixa energia é crucial porque significa que o laser tem menos probabilidade de danificar o tecido circundante enquanto viaja pelo olho.

A equipe descobriu que a profundidade na qual tentavam criar a bolha importava significamente. Quando focavam o laser mais profundamente no material, a bolha não durava tanto tempo e tornava-se mais difícil de criar uma. Isso acontecia porque o feixe de laser, que começa como um ponto estreito e concentrado, tende a se estender e tornar-se borrado conforme viaja pelas camadas curvas do olho. Os pesquisadores testaram duas lentes diferentes para focar a luz: uma que criava um foco muito apertado e nítido e outra que criava um foco mais amplo e suave. Descobriram que a lente com o foco mais apertado, que é geralmente preferida pela precisão, sofria muito mais com esse efeito de estiramento à medida que a profundidade aumentava. As bolhas criadas com esse foco apertado desapareciam muito mais rápido conforme o laser ia mais fundo, indicando que a energia estava se espalhando e tornando-se fraca demais para sustentar a bolha. Em contraste, a lente com o foco mais amplo mantinha sua capacidade de criar bolhas de forma mais consistente em profundidades maiores, embora as bolhas fossem ligeiramente maiores.

O estudo também comparou o comportamento da gelatina sintética contra o tecido real do olho de porco. Embora as bolhas no tecido real durassem um pouco mais, provavelmente porque a estrutura natural do gel do olho retém a água com mais força, a maneira como as bolhas se comportavam conforme o laser ia mais fundo era notavelmente semelhante em ambos os materiais. Isso sugere que a mistura sintética é um substituto confiável para testar novas técnicas de laser antes de serem testadas em pacientes. Os pesquisadores também analisaram se disparar uma série rápida de pulsos em vez de um único tiro ajudaria. Descobriram que, embora uma série rápida pudesse criar bolhas, exigia mais energia total e tornava os resultados menos previsíveis, com as bolhas durando muito mais tempo e variando mais em tamanho. Essa variabilidade poderia ser perigosa em um ambiente cirúrgico, onde a consistência é fundamental.

Em última análise, o trabalho destaca um desafio fundamental no uso desses lasers avançados para cirurgia ocular profunda: quanto mais fundo o cirurgião precisa ir, mais a forma do feixe de laser muda, tornando mais difícil entregar a explosão precisa de energia necessária para limpar uma mosca volante sem ferir a retina. As descobertas sugerem que, embora a tecnologia prometa muito para o tratamento de moscas volantes que atualmente são arriscadas de tocar, a escolha da lente e a compreensão de como a luz se curva através do olho são críticas. Ao mostrar que pulsos de menor energia podem funcionar efetivamente e que modelos sintéticos podem imitar com precisão o olho real, o estudo oferece um caminho mais claro para o desenvolvimento de tratamentos mais seguros e precisos que poderão um dia restaurar a visão daqueles que sofrem com moscas volantes próximas à retina.