Implante inteligente para coluna vertebral monitora a cicatrização

Implante inteligente para cirurgia de fusão espinhal.
[Imagem: iSMaRT Lab]

Fusão espinhal

A fusão espinhal - fusão de duas vértebras - pode tratar uma ampla variedade de distúrbios da coluna vertebral.

A abordagem mais comum para esse procedimento inclui o uso de uma espécie de "gaiola" para fornecer suporte onde ficava o disco entre as vértebras.

Mas e se essas gaiolas pudessem servir como fomentadores da cura da coluna, e não apenas como suporte?

Isto está se tornando possível agora graças a uma tecnologia conhecida como "metamateriais inteligentes", materiais impressos em 3D específicos para cada paciente e que incorporam funcionalidades, como sensores para monitorar a cicatrização da coluna vertebral.

"Os implantes inteligentes podem fornecer biofeedback em tempo real e oferecer muitos benefícios terapêuticos e diagnósticos. Mas é muito desafiador integrar circuitos volumosos ou fontes de energia na pequena área dos implantes. A solução é usar a matriz do implante como sensor ativo e como meio de colheita de energia. É nisso que estamos focados," disse o Dr. Amir Alavi, da Universidade de Pittsburgh (EUA).

O dispositivo criado pela equipe do Dr. Alavi pertence a esta nova classe de metamateriais mecânicos multifuncionais, que atuam como seus próprios sensores, registrando e retransmitindo informações importantes sobre as pressões e tensões em sua estrutura. Esses chamados "meta-tribomateriais", também conhecidos como "metamateriais autoconscientes", geram sua própria energia e podem ser usados para uma ampla gama de aplicações de detecção e monitoramento.

Gerador e sensor

O material foi projetado de tal forma que a pressão sobre ele gera uma eletrificação de contato entre suas microcamadas alternadas (condutoras e isolantes), criando uma carga elétrica que transmite informações sobre a condição da matriz do material.

A energia gerada de modo integrado elimina a necessidade de uma fonte de energia separada, como uma bateria, e um pequeno chip registra dados sobre a pressão, que é um importante indicador de cura. Os dados podem então ser lidos de forma não invasiva usando um escâner de ultrassom portátil.

A equipe testou com sucesso o dispositivo em cadáveres humanos e agora começará a usar modelos animais vivos.

Como o material em si é altamente ajustável e escalável, o projeto do sensor inteligente poderá ser adaptado a muitas outras aplicações médicas, como stents cardiovasculares ou componentes para próteses de joelho ou quadril.

"Este é o primeiro implante de seu tipo que aproveita os avanços em nanogeradores e metamateriais para construir multifuncionalidade no tecido dos implantes médicos," disse Alavi. "Este avanço tecnológico vai desempenhar um papel importante no futuro dos dispositivos implantáveis."