Atadura inteligente sem fio oferece novos insights sobre a cicatrização de feridas crônicas

Por Andrew Myers

Algumas feridas simplesmente não cicatrizam. Infecções, doenças como diabetes e sistema imunológico enfraquecido geralmente se combinam para retardar a cura. Feridas crônicas podem durar meses e levar à ansiedade e depressão. No pior dos 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 eram poucas e distantes entre si, mas os pesquisadores da Universidade de Stanford estão relatando que desenvolveram um curativo inteligente sem fio que se mostrou promissor em acelerar o reparo de tecidos, monitorando o processo de cicatrização e tratando a ferida. simultaneamente. Pesquisadores dizem em um papel publicado em 24 de novembroe na Nature Biotechnology que seu dispositivo promove um fechamento mais rápido da ferida, 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 sensores de impedância/temperatura para monitorar o progresso da cicatrização de feridas. Se a ferida estiver menos cicatrizada ou se for detectada uma infecção, os sensores informam uma unidade central de processamento para aplicar mais estimulação elétrica ao leito da ferida para acelerar o fechamento do tecido e reduzir a infecção. Os pesquisadores conseguiram rastrear os dados do sensor em tempo real em um smartphone, tudo sem a necessidade de fios.

maravilha da engenharia

A camada eletrônica, incluindo um 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.

Todos esses circuitos dependem de um hidrogel inteligentemente projetado, um polímero emborrachado que se assemelha à pele, que é incorporado para fornecer estimulação elétrica curativa ao tecido lesionado e coletar dados do biossensor em tempo real.

O polímero de hidrogel é cuidadosamente projetado para aderir com segurança à superfície da ferida quando necessário, enquanto remove de forma limpa e suave sem danificar a ferida quando aquecido a alguns graus acima da temperatura corporal (40°C/104°F).

“Ao selar a ferida, o curativo inteligente protege enquanto cicatriza”, explica Yuanwen Jiangco-primeiro autor do estudo e pesquisador de pós-doutorado no laboratório de Zhenan Bao, KK Lee Professor de Engenharia Química na Escola de Engenharia de Stanford. “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 auxiliar no reparo do tecido. Os pesquisadores foram capazes de pegar essa tecnologia bem estudada e integrá-la aos dados do biossensor em tempo real para fornecer uma nova modalidade de tratamento automatizado informado pelo biossensor.

Os recursos de biossensibilidade do Smart Bandage monitoram as mudanças biofísicas no ambiente local, fornecendo um meio em tempo real, rápido, robusto e altamente preciso de medir o estado da ferida. Tecnicamente falando, o curativo inteligente detecta mudanças de condutividade e 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 único dispositivo, o curativo inteligente não apenas acelera a cicatrização, mas também acompanha a melhora da ferida”, diz Artem Trotsyuktambém co-primeiro autor do estudo que concluiu sua pós-graduação no laboratório de Geoffrey Gurtner, MD, ex-professor emérito de cirurgia da Johnson & Johnson na Escola de Medicina de Stanford e atualmente presidente do Departamento de Cirurgia e professor de Engenharia Biomédica da Universidade do Arizona em Tucson. “Acreditamos que isso representa uma nova modalidade que permitirá novas descobertas biológicas e a exploração de hipóteses anteriormente difíceis de testar sobre o processo de cura humano”.

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 o Selenop, um gene anti-inflamatório que ajuda a eliminar patógenos e reparar feridas, e o 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 M2 anti-inflamatórios, que foram previamente relatados como pró-regenerativos e desempenham um papel fundamental na formação de a matriz extracelular. necessário durante as fases proliferativas da cicatrização de feridas.

Os pesquisadores alertam que o curativo inteligente é, por enquanto, uma prova de conceito, ainda que promissora. No entanto, muitos desafios permanecem. Isso inclui aumentar o tamanho do dispositivo em escala humana, reduzir custos e resolver problemas de armazenamento de dados de longo prazo – tudo necessário para passar para a produção em massa quando necessário. Da mesma forma, existem potencialmente novos sensores não integrados atualmente que poderiam ser adicionados, como os que medem metabólitos, biomarcadores e pH. E existem algumas barreiras potenciais ao uso clínico, como rejeição de hidrogel, na qual a pele pode reagir ao dispositivo e criar uma combinação gel-pele ruim, ou bioincrustação dos sensores, que pode causar irritação.

Apesar desses obstáculos, os pesquisadores estão avançando e continuam otimistas sobre o potencial de seu curativo inteligente para trazer esperança a pacientes com feridas crônicas.

Co-primeiros autores de Stanford: Yuanwen Jiang é pós-doutorando no Bao Group; Artem Trotsyuk é um ex-aluno de pós-graduação do Gurtner Lab; Simiao Niu é um ex-pesquisador de pós-doutorado do grupo Bao.

Outros coautores de Stanford: Dominic Henn, Kellen Chen, Zeshaan Maan, Melanie Rodrigues, Clark A. Bonham, Michael Januszyk, Ethan Beard, Tanish Jain, Jagannath Padmanabhan, Katharina Fischer e Sun Hyung Kwon são membros do Gurtner Lab; Alana Mermin-Bunnell, Smiti Mittal, Sydney Steele, Gurupranav Gurusankar, Christopher Neimeth, Hudson Kussie, Madelyn Larson e Serena Jing são alunos de graduação do Gurtner Lab; Dharshan Sivaraj e Melissa Leeolou são estudantes de medicina no Gurtner Lab; David Perrault e Arhana Chattopadhyay são residentes de cirurgia plástica e membros do Gurtner Lab; Chien-Chung Shih, Jian-Cheng Lai, Jing Tang e Donglai Zhong são pós-doutorandos; Willian Viana e Eric Zhao são alunos de pós-graduação; Ronjon Nag é membro do Stanford Distinguished Careers Institute e professor adjunto de genética; Michael Snyder é professor e presidente do Departamento de Genética; Aref Saberi, Kefan Sun e Kui Liang; Zhenan Bao também é membro do Stanford Bio-Xa Instituto Cardiovascular de Stanforda Instituto de Pesquisa em Saúde Materna e Infantil (MCHRI)a Instituto de Energia Précourt, Sarafan ChEM-H, Instituto Stanford Woods para o Meio Ambientea Wu Tsai Human Performance Alliancea Instituto Wu Tsai de Neurociênciae um investigador CZ Biohub; Geoffrey Gurtner também é membro do Stanford Bio-Xa Instituto Cardiovascular de Stanforda Instituto de Câncer de Stanforde a Instituto Wu Tsai de Neurociência e foi o diretor fundador da Centro Avançado de Tratamento de Feridas de Stanford (AWCC). Kailiang Zhang é um cientista pesquisador do BOE Technology Group.

O eWEAR-TCCI Awards for Scientific Writing é um projeto encomendado pela Iniciativa de eletrônicos vestíveis (eWEAR) na Universidade de Stanford e possível graças ao financiamento do Shanda Group, um membro do eWEAR Industry Affiliate Program, e o Instituto Tianqiao e Chrissy Chen (TCCI®).

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