Aumentar a durabilidade de um produto sem que ele perca a funcionalidade é desafio de diferentes ramos da indústria. Na medicina, porém, há quem busque resultados diferentes: soluções que existam por um período curto, mas que realmente façam a diferença para quem as adquire, por exemplo. Nessa linha, pesquisadores da Universidade Northwestern e da Escola de Medicina da Universidade de Washington, ambas nos Estados Unidos, criaram um dispositivo eletrônico que, durante 15 dias, estimula regiões nervosas em músculos de áreas lesionadas. Depois, ele é absorvido pelo corpo do usuário, dispensando a necessidade de uma cirurgia para a retirada.
;O dispositivo é implantado em regiões periféricas a danos nervosos para monitorar e estimular a cura ou a recuperação de um nervo. A tecnologia é, em seguida, absorvida e expelida naturalmente pelo organismo;, resume John Rogers, líder do estudo e professor de engenharia da Universidade Northwestern. Com o tamanho de uma moeda e a finura de uma folha de papel, o remédio bioeletrônico, apresentado na revista Nature Medicine, foi projetado para funcionar até duas semanas, fornecendo uma hora de estímulos elétricos por dia em áreas próximas a nervos danificados.
Neurocirurgião e professor da Universidade de Washington, Wilson Ray conta que o uso de estímulos elétricos em nervos é muito comum em intervenções médicas. O desafio enfrentado por ele e os colegas foi garantir a estimulação contínua até o alcance de níveis ideais de recuperação. ;O dispositivo poderá ser utilizado em casos de lesão nervosa traumática com reparo cirúrgico, e a absorção posterior do aparelho não trará dano algum à saúde do paciente, já que a composição do material não é quimicamente reativa;, explica.
A equipe de Rogers e Ray não parou por aí, também deu outras respostas a desafios presentes na área, segundo Christopher Bettinger, professor de engenharia biomédica da Universidade de Carnegie Mellon e especialista nesse tipo de tecnologia. ;Uma das grandes dificuldades da tecnologia biointegrada é a manutenção do seu trabalho, ou seja, encontrar uma fonte de energia constante que mantenha um aparelho funcionando. Podemos pensar em baterias ou coisas do tipo, mas os materiais desses suportes também precisam ser biocompatíveis e biodegradáveis;, explica.
Como alternativa a essa problemática, o grupo de pesquisadores conectou o dispositivo, por meio de uma rede sem fio, a um aparelho externo, responsável por energizar regularmente a tecnologia implantada nas lesões nervosas. ;Esse sistema de conexão funciona como uma interface presente em muitos celulares, a Near Field Communication (NFC);, esclarece Rogers. A rede citada pelo professor conecta smartphones pela proximidade um do outro, e não por cabos ou fios.
Nervo ciático
Para testar a funcionalidade da tecnologia, os pesquisadores estadunidenses reuniram um grupo de ratos com inflamação no nervo ciático ; o mais longo nervo do corpo humano, responsável por ligar o dedão do pé à região lombar. As cobaias foram expostas a diferentes aplicações do dispositivo: um, três ou seis dias de estímulo elétrico ou nenhuma intervenção (grupo de controle). Nos casos de uso do dispositivo, ele funcionou uma vez por dia, com duração de uma hora.
Feita essa primeira validação, os ratos permaneceram sob observação por mais 10 semanas. Ao término do prazo, os cientistas constataram que os roedores estimulados durante seis dias apresentaram melhor recuperação e fortalecimento da massa muscular. Para Ray, o experimento mostra que ;o dispositivo eletrônico pode melhorar e impulsionar a recuperação dos nervos após reparos cirúrgicos, ainda que não garanta cura total;. Além disso, o neurocirurgião destaca que não será necessário o uso de medicamentos com o implante.
Hidrólise
John Rogers, líder do estudo, é um dos pioneiros na pesquisa de dispositivos eletrônicos transientes, tecnologia que dissolve ao entrar em contato com água ou outros biofluidos presentes no corpo humano. Esses eletrônicos abrem um leque de utilidades, desde a produção de aparelhos reguladores da saúde à construção de tecnologias ambientais que monitorem dados à água e ao solo.
;Existem muitos materiais usados por médicos que podem ser absorvidos pelo nosso corpo, como polímeros e metais. Esses compostos degradam no corpo com a hidrólise, processo que altera uma dada substância a partir da água. É aí que está o segredo de eletrônicos absorvidos pelo nosso organismo: a união desses materiais em uma estrutura única que permita funcionalidade eletrônica;, explica Christopher Bettinger.
Como boa parte dos dispositivos transientes desenvolvidos por Rogers, o remédio bioeletrônico é produzido a partir de materiais biodegradáveis, como o magnésio, o óxido de magnésio, o silicone e a seda. Enquanto os dois primeiros estão presentes entre os espaços das camadas do condutor do circuito, a seda, polímero diretamente tirado de casulos do bicho da seda, cobre todo o material a fim de determinar o tempo em que o dispositivo funcionará até ser absorvido.
;O nível de cristalização da seda é extremamente importante para determinarmos o período de funcionamento do aparelho. Em um estado amorfo, por exemplo, ela dilui com muita facilidade. Já quando está totalmente cristalizada, o processo de degradação é muito lento;, explica Rogers. O principal componente dos condutores, por sua vez, é o silicone, disposto em nanomembranas para facilitar a absorção no fim do processo.
Da terra ao céu
Em estudos iniciais sobre tecnologia transiente, ou tecnologia passageira, John Rogers e pesquisadores parceiros consideraram outras aplicações para os eletrônicos biodegradáveis. Entre eles, células solares, miniaturas de câmeras digitais e sensores de temperatura. Essa nova classe de dispositivos poderá contribuir para a redução do crescente lixo eletrônico mundial, que chega a 44,7 milhões de toneladas, de acordo com o Global E-Waste Monitor de 2017.
;Devemos pesquisar outros modos de manter essa tecnologia funcionando, lembrando sempre que as opções de materiais para a criação desse tipo de tecnologia ainda são restritas;
Zhenan Bao, engenheira química e professora da Universidade de Stanford
Limitações para fornecer energia
A implantação de um dispositivo com durabilidade delimitada pode reduzir as chances de complicações médicas, como infecções ou inflamações crônicas com implantes permanentes. Mas há algumas barreiras a serem enfrentadas. ;Eu acredito que encontrar métodos confiáveis para energizar esse tipo de eletrônico permanece sendo o principal desafio. Podemos, sim, transmitir energia por meio de conexão sem fio, mas baterias são melhores para aplicações mais diversas;, diz Christopher Bettinger, professor de engenharia biomédica da Universidade de Carnegie Mellon.
Ele conta que sua equipe está produzindo baterias com materiais biodegradáveis e biocompatíveis capazes de funcionar dentro do corpo humano utilizando outros recursos. ;Descobrimos, por exemplo, que a melanina, pigmento produzido pelo nosso organismo, pode ser um potencial componente desses suportes biointregados;, diz.
Zhenan Bao, engenheira química, professora da Universidade de Stanford e também pesquisadora da área, destaca outros fatores limitantes. ;Com dispositivos eletrônicos transientes, não precisaremos de nenhuma cirurgia adicional para retirar o aparelho do corpo do usuário quando as atividades terminarem. Contudo, devemos pesquisar outros modos de manter essa tecnologia funcionando, lembrando sempre que as opções de materiais para a criação desse tipo de tecnologia ainda são restritas;, observa.
John Rogers, um dos criadores do dispositivo e professor de engenharia da Universidade Northwestern, reconhece essa dificuldade no campo de pesquisa de eletrônicos transientes. ;Os materiais devem ser selecionados cuidadosamente, ao passo que também é difícil identificar novos compostos biocompatíveis para os diversos tipos de eletrônicos existentes;, afirma.
Apesar das limitações, ele e a equipe planejam usar a solução em outras finalidades médicas: para funcionar como marca-passo temporário, como interface para a medula espinhal ou para estimular outras áreas do corpo. O próximo passo do grupo será desenvolver dispositivos semelhantes, mas que tenham durabilidade superior a um ano até serem degradados e absorvidos.
*Estagiário sob supervisão da subeditora Carmen Souza