Bioeletrônica Viva: Sensores de Pele Inteligentes que Detectam e Curam

Por anos, o laboratório do Professor Bozhi Tian tem aprendido como integrar o mundo da eletrônica — rígida, metálica, volumosa — com o mundo do corpo — macio, flexível, delicado.

Em seu trabalho mais recente, criaram um protótipo para o que chamam de "bioeletrônica viva" — uma combinação de células vivas, gel e eletrônica que pode integrar com tecido vivo.

Os adesivos são feitos de sensores, células bacterianas e um gel feito de amido e gelatina. Testes em camundongos descobriram que os dispositivos podiam monitorar continuamente e melhorar sintomas semelhantes a psoríase, sem irritar a pele.

"Esta é uma ponte da bioeletrônica tradicional, que incorpora células vivas como parte da terapia", disse Jiuyun Shi, co-primeiro autor do artigo e ex-estudante de Ph.D. no laboratório de Tian (agora na Universidade Stanford).

"Estamos muito empolgados porque tem sido uma década e meia em construção", disse Tian.

Os pesquisadores esperam que os princípios também possam ser aplicados a outras partes do corpo, como estimulação cardiológica ou neural. O estudo foi publicado na Science.

Emparelhar eletrônica com o corpo humano sempre foi difícil. Embora dispositivos como marcapassos tenham melhorado incontáveis vidas, eles têm suas desvantagens; eletrônicos tendem a ser volumosos e rígidos e podem causar irritação.

Mas o laboratório de Tian especializa-se em descobrir os princípios fundamentais por trás de como células vivas e tecido interagem com materiais sintéticos; seu trabalho anterior incluiu um minúsculo marcapasso que pode ser controlado com luz e materiais fortes mas flexíveis que poderiam formar a base de implantes ósseos.

Neste estudo, tomaram uma nova abordagem. Tipicamente, bioeletrônica consiste da eletrônica em si, mais uma camada macia para torná-los menos irritantes ao corpo.

Mas o grupo de Tian perguntou se poderiam adicionar novas capacidades integrando um terceiro componente: células vivas elas mesmas. O grupo intrigou-se com as propriedades curativas de certas bactérias como S. epidermidis, um micróbio que vive naturalmente na pele humana e tem mostrado reduzir inflamação.

Criaram um dispositivo com três componentes. A estrutura é um circuito eletrônico flexível e fino com sensores. É sobreposto com um gel criado de amido de tapioca e gelatina, que é ultra-macio e imita a composição do próprio tecido. Por fim, micróbios S. epidermidis são guardados no gel.

Quando o dispositivo é colocado na pele, as bactérias secretam compostos que reduzem inflamação, e o sensor monitora a pele por sinais como temperatura e umidade da pele.

Em testes com camundongos propensos a condições de pele semelhantes a psoríase, houve redução significativa nos sintomas.

Seus testes iniciais rodaram por uma semana, mas os pesquisadores esperam que o sistema, que chamam de plataforma ABLE, para Bioeletrônica Viva Biointegrada Ativa, possa ser usado por meio ano ou mais. Para tornar o tratamento mais conveniente, disseram, o dispositivo pode ser liofilizado para armazenamento e facilmente reidratado quando necessário.

Como os efeitos curativos são fornecidos por micróbios, "É como um medicamento vivo — você não tem que reabastecer", disse Saehyun Kim, o outro co-primeiro autor do artigo e atual estudante de Ph.D. no laboratório de Tian.

Além de tratar psoríase, os cientistas podem vislumbrar aplicações como adesivos para acelerar cicatrização de feridas em pacientes com diabetes.

Também esperam estender a abordagem a outros tipos de tecido e células. "Por exemplo, poderiam criar um dispositivo produtor de insulina, ou um dispositivo que interface com neurônios?" disse Tian. "Há muitas aplicações potenciais."