Notícia

Dispositivo implantável autoalimentado e bioreabsorvível estimula rápida cicatrização óssea

Jason Daley, Universidade de Wisconsin-Madison

Fonte

Universidade de Wisconsin-Madison

Data

quinta-feira, 8 julho 2021 06:20

Áreas

Biomecânica. Ciência dos Materiais. Engenharia Biomédica. Medicina. Nanotecnologia. Ortopedia.

Cientistas e especialistas sabem que a eletricidade pode ajudar a acelerar a cicatrização óssea, mas este processo seria bem difícil, uma vez que seria necessária a implantação e remoção cirúrgica de eletrodos alimentados por uma fonte externa.

Recentemente, pesquisadores criaram um dispositivo fino e flexível autoalimentado, implantável e bioreabsorvível com esta função. Uma vez que o osso esteja consolidado, o dispositivo é naturalmente absorvido pelo organismo. A equipe é liderada pelo Dr. Xudong Wang – professor de Ciência dos Materiais e Engenharia da Universidade de Wisconsin-Madison, nos Estados Unidos, e especialista na criação de dispositivos médicos finos movidos por movimentos movimentos. O trabalho foi publicado na revista científica Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

O osso é um material piezoelétrico, o que significa que produz uma pequena quantidade de eletricidade quando colocado sob tensão. Esses choques de eletricidade estimulam fatores que promovem o crescimento e a cicatrização óssea, razão pela qual a eletroestimulação é uma terapia eficaz. Embora existam estimuladores externos que criam um campo elétrico para acelerar a cura indiretamente, a solução ideal é estimular o osso diretamente. Colocar o dispositivo dentro do corpo, no entanto, traz grandes desafios. “O caso ideal é que o dispositivo seja autoalimentado [gere sua própria energia], algo que não existia antes”, diz o Dr. Wang.

Para criar o novo dispositivo de eletroestimulação de fraturas, ou FED, o Dr. Wang e sua equipe começaram com um nanogerador triboelétrico, um dispositivo de película fina com superfícies microestruturadas que converte a energia mecânica produzida por pequenos movimentos em energia elétrica. Eles acoplaram o nanogerador a um par de eletrodos para transmitir o campo elétrico ao osso. Os pesquisadores construíram esses componentes ultrafinos, biodegradáveis ​​e bioreabsorvíveis em um substrato de poli (ácido lático-co-glicólico), um polímero biocompatível comumente usado e aprovado pela agência reguladora FDA, nos Estados Unidos.

Os testes iniciais dos pesquisadores confirmaram que pequenos movimentos do dispositivo realmente criaram uma estimulação elétrica de cerca de 4 volts, que poderia sustentar o dispositivo por mais de seis semanas. Eles então testaram o dispositivo em camundongos.

Os animais implantados com o dispositivo se recuperaram completamente de uma fratura da tíbia em cerca de seis semanas, mais rapidamente do que os animais de um grupo controle. A densidade mineral e a resistência à flexão dos ossos curados também atingiram o mesmo nível dos ossos saudáveis ​​nos animais que receberam a eletroestimulação. Após o tratamento, os dispositivos se degradaram e foram absorvidos pelos corpos dos ratos sem complicações e sem necessidade de remoção cirúrgica.

O Dr. Wang diz que é possível ajustar quanto tempo o estimulador durará dentro do corpo – de semanas a meses – ajustando as propriedades do material bioreabsorvível que reveste o dispositivo.

O Dr. Wang gostaria de ampliar o dispositivo de eletroestimulação de ossos fraturados para que funcione em humanos. Mas para esses dispositivos com alimentação própria, a fonte de energia pode ser outro desafio adicional. “Normalmente, quando alguém tem um osso quebrado, é necessário restringir seus movimentos”, explicou o pesquisador. Ou seja, se o paciente permanecer imobilizado não poderá produzir energia mecânica suficiente para alimentar o nanogerador triboelétrico.

“A maneira como um camundongo se move fornece estimulação constante para o dispositivo, mas para um osso fraturado em um ser humano que não pode se movimentar, esse é um problema”, disse o Dr. Wang.

No entanto, o corpo humano fornece fontes virtualmente infinitas de movimento que poderiam alimentar o dispositivo de eletroestimulação de fratura mesmo se o osso fraturado permanecesse imóvel. “Podemos precisar que o dispositivo responda a outros tipos de fontes mecânicas internas, como alterações na pressão arterial”, diz o Dr. Wang, que já está pensando no futuro do FED.

“Será muito interessante e impactante abordar o desenvolvimento [do dispositivo] do animal para o humano”, concluiu o Dr. Xudong Wang.

Acesse o artigo científico completo (em inglês).

Acesse a notícia completa na página da Universidade de Wisconsin-Madison (em inglês).

Fonte: Jason Daley, Universidade de Wisconsin-Madison, Imagem: Jason Daley, Universidade de Wisconsin-Madison.

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