Sensor Implantável Biodegradável Permite Monitoramento em Tempo Real de Funções Corporais

Sensores que monitoram a condição de um paciente durante e após procedimentos médicos podem ser caros, desconfortáveis e até perigosos. Agora, uma equipe internacional de pesquisadores projetou um sensor de gás flexível altamente sensível que pode ser implantado no corpo — e, depois que não for mais necessário, biodegradar-se com segurança em materiais que são absorvidos pelo corpo.

Em um estudo, pesquisadores da Penn State relataram que projetaram um sensor flexível e implantável que pode monitorar várias formas de óxido nítrico (NO) e dióxido de nitrogênio (NO2) no corpo. Monitorar estes tipos de gases é importante porque eles podem desempenhar um papel benéfico ou, às vezes, prejudicial na saúde humana.

Óxido nítrico, por exemplo, que é produzido naturalmente no corpo humano, desempenha um papel importante na saúde porque relaxa ou alarga vasos sanguíneos para melhorar o fluxo sanguíneo, permitindo que oxigênio e nutrientes circulem pelo corpo. Por outro lado, exposição a dióxido de nitrogênio do ambiente está ligada à progressão de condições como doença pulmonar obstrutiva crônica. Óxido nítrico é altamente reativo e pode ser transformado em dióxido de nitrogênio quando exposto a oxigênio.

A equipe adicionou uma reviravolta ao seu design de sensor tornando-o de materiais que não são apenas implantáveis, flexíveis e elásticos, mas também biodegradáveis. Enquanto dispositivos atuais são usados fora do corpo para monitorar níveis de gás, Cheng disse que eles são volumosos e potencialmente não tão precisos quanto um dispositivo implantável. Dispositivos implantáveis, no entanto, precisam ser removidos, o que poderia significar outra operação. Os pesquisadores investigaram um design que não precisa ser removido.

"Digamos que você tenha uma operação cirúrgica cardíaca; o monitor fora do corpo pode não ser suficiente para detectar o gás," disse o Professor Huanyu "Larry" Cheng. "Pode ser muito mais benéfico monitorar os níveis de gás da superfície do coração, ou de órgãos internos. Este sensor de gás é implantável e biodegradável, também, que é outra direção de pesquisa em que temos trabalhado. Se o paciente se recupera totalmente de uma operação cirúrgica, eles não precisam mais do dispositivo, o que torna dispositivos biodegradáveis úteis."

De acordo com os pesquisadores, todos os componentes são biodegradáveis em água ou fluidos corporais mas permanecem funcionais o suficiente para capturar a informação nos níveis de gás. Neste caso, os pesquisaram fizeram os condutores elétricos do dispositivo de magnésio, e para os materiais funcionais, usaram silício, que também é altamente sensível a óxido nítrico. Silício é único — é o bloco de construção para eletrônica moderna, é considerado superestável, e é biodegradável. Pode dissolver de maneira realmente lenta, a cerca de um a dois nanômetros por dia, dependendo do ambiente. Não apenas o corpo pode absorver com segurança todos os materiais usados no dispositivo, mas eles se dissolvem em um ritmo lento o suficiente que permitiria aos sensores funcionarem no corpo durante o período de recuperação do paciente.

O sensor foi testado em condições úmidas e soluções aquosas para mostrar que poderia performar estavelmente nas condições severas do corpo. A equipe usou recursos computacionais do supercomputador Roar do ICDS para criar simulações computacionais que podem calcular mudanças extremamente pequenas causadas por pequenas mudanças de forma, ou deformações, do material. Basearam sua medição em resistência, que pode mudar baseada na absorção de gás.

Os pesquisadores dizem que trabalho futuro poderia olhar para projetar sistemas integrados que poderiam monitorar outras funções corporais para envelhecimento saudável e várias aplicações de doenças.