Bandagem inteligente sem fio fornece novos insights sobre a cura de feridas crônicas

Algumas feridas simplesmente não cicatrizam. Infecções, doenças como diabetes e sistemas imunológicos suprimidos geralmente se acumulam para retardar a cura. Feridas crônicas podem durar meses e levar a ansiedade e depressão. Nos piores casos, eles são fatais. O custo do tratamento subiu para US$ 25 bilhões a cada ano.

Até agora, no entanto, as soluções para tratar feridas crônicas foram poucos e distantes entre si, mas pesquisadores da Universidade de Stanford agora relatam que desenvolveram um curativo inteligente sem fio que se mostrou promissor em acelerar reparação tecidual monitorando o processo de cicatrização de feridas e tratando a ferida simultaneamente.

Os pesquisadores dizem em um artigo publicado em 24 de novembro em Natureza Biotecnologia que seu dispositivo promove o fechamento mais rápido de feridas, aumenta o novo fluxo sanguíneo para o tecido lesionado e melhora a recuperação da pele, reduzindo significativamente a formação de cicatrizes.

A bandagem inteligente é composta de circuitos sem fio que usam impedância/sensores de temperatura para monitorar a progressão da cicatrização de feridas. Se a ferida estiver menos cicatrizada ou se for detectada uma infecção, os sensores informam um unidade central de processamento aplicar mais estimulação elétrica através do leito da ferida para acelerar o fechamento do tecido e reduzir a infecção. Os pesquisadores conseguiram rastrear a dados do sensor em tempo real em um smartphone, tudo sem a necessidade de fios.

maravilha da engenharia

A camada eletrônica, incluindo uma unidade de microcontrolador (MCU), antena de rádio, memória, estimulador elétrico, biossensores e outros componentes, tem apenas 100 mícrons de espessura – aproximadamente a espessura de uma única camada de tinta látex.

Todo esse circuito é montado em um hidrogel inteligentemente projetado – um polímero emborrachado semelhante à pele – que é integrado para fornecer estimulação elétrica curativa ao tecido lesionado e coletar dados de biossensores em tempo real.

O polímero no hidrogel é cuidadosamente projetado para aderir com segurança à superfície da ferida quando necessário, mas para remover de forma limpa e suave sem prejudicar a ferida quando aquecido a apenas alguns graus acima da temperatura corporal (40°C/104°F).

“Ao selar a ferida, o curativo inteligente protege enquanto cicatriza”, diz Yuanwen Jiang, co-autor do estudo e pós-doutorando no laboratório de Zhenan Bao, professor KK Lee em Engenharia Química na Escola de Stanford. de Engenharia. “Mas não é uma ferramenta passiva. É um dispositivo de cura ativo que pode transformar o padrão de atendimento no tratamento de feridas crônicas”.

Foi relatado anteriormente que a estimulação elétrica, também conhecida como galvanotaxia, acelera a migração de queratinócitos para o local da ferida, limita as infecções bacterianas e evita o desenvolvimento de biofilmes nas superfícies da ferida, para promover proativamente o crescimento do tecido e ajudar no reparo do tecido. Os pesquisadores foram capazes de pegar essa tecnologia bem estudada e integrá-la a dados de biossensores em tempo real para fornecer uma nova modalidade de tratamento automatizado que é informada por biossensores.

Os recursos de biossensor da bandagem inteligente monitoram as mudanças biofísicas no ambiente local, fornecendo uma maneira em tempo real, rápida, robusta e extremamente precisa de medir a condição da ferida. Tecnicamente falando, o curativo inteligente detecta a condutividade e as mudanças de temperatura na pele à medida que a ferida cicatriza – a impedância elétrica aumenta à medida que as feridas cicatrizam e as temperaturas locais diminuem à medida que a inflamação diminui.

“Com estimulação e detecção em um dispositivo, o curativo inteligente acelera a cicatrização, mas também acompanha a melhora da ferida”, diz Artem Trotsyuk, também coautor do estudo que concluiu seu trabalho de pós-graduação no laboratório de Geoffrey. Gurtner, MD, ex-Professor Ilustre de Cirurgia da Johnson & Johnson (Emérito) na Escola de Medicina de Stanford e atualmente Presidente do Departamento de Cirurgia e Professor de Engenharia Biomédica da Universidade do Arizona em Tucson.

“Achamos que representa uma nova modalidade que permitirá novas descobertas biológicas e a exploração de hipóteses anteriormente difíceis de testar sobre o processo de cura humana”.

Resultados bem-vindos, novas direções

Os pesquisadores levaram seu estudo um passo adiante, aventurando-se a entender por que e como a estimulação elétrica cura a ferida mais rapidamente. Eles agora acreditam que a estimulação elétrica promove a ativação de genes pró-regenerativos, como Selenop, um gene anti-inflamatório que ajuda na eliminação de patógenos e reparo de feridas, e Apoe, que demonstrou aumentar o crescimento muscular e de tecidos moles. .

Da mesma forma, a estimulação elétrica aumentou a quantidade de populações de glóbulos brancos, nomeadamente monócitos e macrófagos, através do recrutamento de maiores quantidades de macrófagos anti-inflamatórios M2, que foram previamente relatados como pró-regenerativos e desempenham um papel fundamental na formação da matriz extracelular que é necessário durante as fases proliferativas da cicatrização de feridas.

Os pesquisadores alertam que o curativo inteligente ainda é uma prova de conceito, embora promissora. Muitos desafios permanecem, no entanto. Isso inclui aumentar o tamanho do dispositivo para a escala humana, reduzir custos e resolver problemas de armazenamento de dados de longo prazo – tudo o que é necessário para escalar para produção em massa, caso surja a necessidade e a oportunidade.

Da mesma forma, existem potencialmente novos sensores não integrados atualmente que podem ser adicionados, como os que medem metabólitos, biomarcadores e pH. E existem alguns obstáculos potenciais para o uso clínico, como rejeição de hidrogel, na qual a pele pode reagir ao dispositivo e criar uma combinação ruim de gel para pele, ou bioincrustação dos sensores, o que pode causar irritação.

Apesar desses obstáculos, os pesquisadores estão avançando e continuam otimistas sobre o potencial de seus bandagem inteligente para dar esperança aos pacientes que sofrem de doenças crônicas ferimentos.