Los ingenieros de UConn han creado un sensor de presión biodegradable que podría ayudar a los médicos a controlar la enfermedad pulmonar crónica, la inflamación del cerebro y otras afecciones médicas antes de disolverse sin causar daño en el cuerpo del paciente.
La investigación de UConn aparece en la edición actual en línea de Actas de la Academia Nacional de Ciencias .
El sensor pequeño y flexible está hecho de materiales médicamente seguros ya aprobados por la Administración de Alimentos y Medicamentos de EE. UU. Para su uso en suturas quirúrgicas, injertos óseos e implantes médicos. Está diseñado para reemplazar los sensores de presión implantables existentes que tienen componentes potencialmente tóxicos.
Esos sensores deben retirarse después del uso, sometiendo a los pacientes a un procedimiento invasivo adicional, extendiendo su tiempo de recuperación y aumentando el riesgo de infección.
Según los investigadores, debido a que el sensor UConn emite una pequeña carga eléctrica cuando se aplica presión contra él, el dispositivo también podría usarse para proporcionar estimulación eléctrica para la regeneración de tejidos. Otras aplicaciones potenciales incluyen el monitoreo de pacientes con glaucoma, enfermedades cardíacas y cáncer de vejiga.
"Estamos muy entusiasmados porque esta es la primera vez que se utilizan estos materiales biocompatibles de esta manera", dice Thanh Duc Nguyen, autor principal del artículo y profesor asistente de ingeniería mecánica y biomédica en el Instituto de Ingeniería Regenerativa de la Universidad de Connecticut.Salud y el Instituto de Ciencia de Materiales en el campus de Storrs.
"Los sensores médicos a menudo se implantan directamente en tejidos y órganos blandos", señala Nguyen. "Sacarlos puede causar daños adicionales. Sabíamos que si pudiéramos desarrollar un sensor que no requiriera cirugía para extraerlo, eso seríaser realmente significativo "
Un prototipo de sensor fabricado por el laboratorio consistía en una película delgada de polímero de cinco milímetros de largo, cinco milímetros de ancho y 200 micrómetros de grosor. El sensor se implantó en el abdomen de un ratón para monitorear la frecuencia respiratoria del ratón. Emitió confiablementelecturas de contracciones en el diafragma del ratón durante cuatro días antes de descomponerse en sus componentes orgánicos individuales.
Para asegurarse de que el sensor también fuera médicamente seguro, los investigadores lo implantaron en la parte posterior de un mouse y luego observaron la respuesta del sistema inmune del mouse. Los resultados mostraron solo una inflamación menor después de insertar el sensor y el tejido circundantevolvió a la normalidad después de cuatro semanas.
Uno de los mayores desafíos del proyecto fue lograr que el material biodegradable produzca una carga eléctrica cuando se sometió a presión o se exprimió, un proceso conocido como efecto piezoeléctrico. En su estado habitual, el polímero médicamente seguro utilizado para el sensor -un producto conocido como Poli L-lactida o PLLA - es neutral y no emite una carga eléctrica bajo presión.
Eli Curry, un estudiante graduado en el laboratorio de Nguyen y autor principal del artículo, proporcionó el avance clave del proyecto cuando transformó con éxito el PLLA en un material piezoeléctrico calentándolo cuidadosamente, estirándolo y cortándolo en el ángulo correcto para quesu estructura molecular interna fue alterada y adoptó propiedades piezoeléctricas. Curry luego conectó el sensor a los circuitos electrónicos para poder probar las capacidades de detección de fuerza del material.
Cuando se junta, el sensor UConn está hecho de dos capas de película piezoeléctrica PLLA intercalada entre pequeños electrodos de molibdeno y luego encapsulado con capas de ácido poliláctico o PLA, un producto biodegradable comúnmente utilizado para tornillos para huesos y andamios de tejido. El molibdeno se usa parastents cardiovasculares e implantes de cadera.
La película piezoeléctrica PLLA emite una pequeña carga eléctrica cuando se aplica incluso la presión más pequeña contra ella. Esas pequeñas señales eléctricas se pueden capturar y transmitir a otro dispositivo para que un médico las revise.
Como parte de su prueba de prueba de concepto para el nuevo sensor, el equipo de investigación conectó un sensor implantado a un amplificador de señal colocado fuera del cuerpo de un mouse. El amplificador luego transmitió las señales eléctricas mejoradas a un osciloscopio donde las lecturas del sensor podrían serfácil de ver.
Las lecturas del sensor durante las pruebas fueron iguales a las de los dispositivos comerciales existentes e igual de confiables, dicen los investigadores. El nuevo sensor es capaz de capturar una amplia gama de presiones fisiológicas, como las que se encuentran en el cerebro, detrás del ojo,y en el abdomen. La sensibilidad del sensor se puede ajustar cambiando la cantidad de capas de PLLA utilizadas y otros factores.
El grupo de Nguyen está investigando formas de extender la vida útil del sensor. El objetivo final del laboratorio es desarrollar un sistema de sensor que sea completamente biodegradable dentro del cuerpo humano.
Pero hasta entonces, el nuevo sensor se puede usar en su forma actual para ayudar a los pacientes a evitar la cirugía de extracción invasiva, dicen los investigadores.
"Hay muchas aplicaciones para este sensor", dice Nguyen. "Digamos que el sensor está implantado en el cerebro. Podemos usar cables biodegradables y colocar los componentes electrónicos no degradables que lo acompañan lejos del delicado tejido cerebral, como debajola piel detrás de la oreja, similar a un implante coclear. Luego, solo requeriría un tratamiento menor para quitar la electrónica sin preocuparse de que el sensor esté en contacto directo con el tejido cerebral blando ".
El grupo de investigación de Nguyen ha solicitado una patente para el nuevo sensor. La solicitud de patente está pendiente.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Connecticut . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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