iMEMS: Robôs biocompatíveis para serem implantados no corpo

Redação do Site Inovação Tecnológica 

Funcionamento da máquina biocompatível implantada em um camundongo - ela é acionada externamente por um campo magnético.[Imagem: Sau Yin Chin et al. - 10.1126/scirobotics.aah6451]

Robôs implantáveis no corpo

Uma nova técnica de fabricação de máquinas em microescala, totalmente feitas de biomateriais, ou materiais biocompatíveis, promete criar uma nova classe de aparelhos e robôs que podem ser implantados com segurança no corpo humano.

Trabalhando com hidrogéis, Sau Yin Chin, da Universidade de Colúmbia, nos EUA, inventou uma nova técnica que empilha o material macio em camadas para criar aparelhos complexos formados por peças tridimensionais, cada uma se movendo livremente.

A técnica inaugura uma nova categoria de sistemas eletromecânicos em microescala, ou MEMS - a equipe chama seus aparelhos "moles" de sistemas microeletromecânicos implantáveis, ou iMEMS.

Robôs moles

Tirando proveito das propriedades mecânicas únicas dos hidrogéis, Chin desenvolveu um mecanismo de "travamento" que permite a movimentação precisa das peças em movimento livre, permitindo criar válvulas, coletores, rotores, bombas e até sistemas para liberação de medicamentos.

A equipe demonstrou as funcionalidades ajustando os biomateriais dentro de uma ampla gama de propriedades mecânicas e difusivas. A seguir, eles as controlaram após a implantação em animais de laboratório, tudo sem depender de uma fonte de alimentação interna, como uma bateria, que seria um elemento tóxico em equipamentos que se pretende implantar no corpo humano.

Com isto, a plataforma iMEMS resolve vários problemas fundamentais na construção de microdispositivos biocompatíveis, micromáquinas e microrrobôs: como alimentar pequenos dispositivos robóticos, como fazer pequenos componentes móveis biocompatíveis e como se comunicar sem fio com os aparelhos depois que eles são implantados.

A técnica permite a construção de dispositivos mecânicos complexos, feitos inteiramente de materiais biocompatíveis. [Imagem: Sau Yin Chin et al. - 10.1126/scirobotics.aah6451]

Máquina mole e liberação de remédio

Nos experimentos de demonstração, um iMEMS executou trabalhos precisos usando forças magnéticas externas, ajustadas para produzir movimentos em engrenagens que, por sua vez, movimentam vigas estruturais feitas de hidrogéis com propriedades ajustáveis - as partículas magnéticas de ferro são comumente usadas e aprovadas para uso humano como agentes de contraste.

Outro aparelho, voltado para a aplicação programada de medicamentos, liberou sua carga útil (doxorrubicina) em um modelo de câncer ósseo durante 10 dias, apresentando alta eficácia do tratamento e baixa toxicidade - a técnica permitiu usar apenas 1/10 da dose padrão da quimioterapia.

"Estamos realmente muito empolgados com isto porque conseguimos conectar o mundo dos biomateriais com o de dispositivos médicos complexos e elaborados. Nossa plataforma tem um grande número de aplicações potenciais [além do] sistema de fornecimento de drogas demonstrado em nosso trabalho," disse o professor Samuel Sia, coordenador da equipe.

Bibliografia:

Additive manufacturing of hydrogel-based materials for next-generation implantable medical devices
Sau Yin Chin, Yukkee Cheung Poh, Anne-Céline Kohler, Jocelyn T. Compton, Lauren L. Hsu, Kathryn M. Lau, Sohyun Kim, Benjamin W. Lee, Francis Y. Lee, Samuel K. Sia
Science Robotics
Vol.: 2, Issue 2
DOI: 10.1126/scirobotics.aah6451