Bandagem inteligente sem fio promove fechamento mais rápido da ferida, melhora a recuperação da pele

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. Os pesquisadores dizem em um artigo publicado em 24 de novembroe dentro biotecnologia natural 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, composta por uma unidade de microcontrolador (MCU), antena de rádio, memória, estimulador elétrico, biossensores e outros componentes, tem apenas 100 mícrons de espessura, ou aproximadamente a espessura de uma única camada de tinta látex.

Todos esses circuitos dependem de um hidrogel inteligentemente projetado; um polímero tipo pele emborrachado; que é integrado para fornecer estimulação elétrica de cura 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 durante a cicatrização. Mas não é uma ferramenta passiva. É um dispositivo de cura ativo que pode transformar o padrão de cuidado no tratamento de feridas crônicas.”

Yuanwen Jiang, co-primeiro autor do estudo e pesquisador de pós-doutorado no laboratório de Zhenan Bao, KK Lee Professor de Engenharia Química na Stanford School of Engineering

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 na condutividade e na temperatura da 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 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 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 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 Selenope, um gene anti-inflamatório que ajuda a eliminar patógenos e reparar feridas, e Apoe, que demonstrou aumentar o crescimento muscular e dos 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.

Fonte:

Referência do jornal:

Jiang, Y. e outros (2022) Bandagem inteligente sem fio de circuito fechado com sensores e estimuladores integrados para tratamento avançado de feridas e cicatrização acelerada. Biotecnologia natural. doi.org/10.1038/s41587-022-01528-3.