Primer ejemplo de una medicina bioelectrónica

Los investigadores han desarrollado el primer ejemplo de una medicina bioelectrónica: un dispositivo inalámbrico implantable y biodegradable que acelera la regeneración de los nervios y mejora la curación de un nervio dañado. Su dispositivo suministró pulsos de electricidad a los nervios dañados en ratas después de un proceso de reparación quirúrgica, acelerando el recrecimiento de los nervios y mejorando la recuperación de la fuerza muscular y el control. El dispositivo tiene el tamaño de una moneda de diez centavos y el grosor de una hoja de papel.

Primer ejemplo de una medicina bioelectrónica
Primer ejemplo de una medicina bioelectrónica

El implante biodegradable proporciona una estimulación eléctrica que acelera la regeneración nerviosa

Investigadores de la Northwestern University y la Washington University School of Medicine desarrollaron el primer ejemplo de una medicina bioelectrónica: un dispositivo inalámbrico implantable y biodegradable que acelera la regeneración de los nervios y mejora la curación de un nervio dañado.

Los colaboradores, científicos de materiales e ingenieros de Northwestern y neurocirujanos de la Universidad de Washington, desarrollaron un dispositivo que suministra pulsos regulares de electricidad a los nervios periféricos dañados en ratas después de un proceso de reparación quirúrgica, acelerando el recrecimiento de los nervios en sus piernas y mejorando lo máximo. Recuperación de la fuerza muscular y control. Con el tamaño de una moneda de diez centavos y el grosor de una hoja de papel, el dispositivo inalámbrico funciona durante aproximadamente dos semanas antes de que se absorba naturalmente en el cuerpo.

Los científicos imaginan que tales tecnologías de ingeniería transitoria algún día podrían complementar o reemplazar los tratamientos farmacéuticos para una variedad de afecciones médicas en los seres humanos. Este tipo de tecnología, que los investigadores denominan “medicina bioelectrónica”, brinda terapia y tratamiento durante un período de tiempo clínicamente relevante y directamente en el lugar donde se necesita, lo que reduce los efectos secundarios o los riesgos asociados con los implantes convencionales y permanentes.

“Estos sistemas diseñados brindan una función terapéutica activa en un formato de dosis programable y luego desaparecen naturalmente en el cuerpo, sin dejar rastro”, dijo John A. Rogers, de Northwestern, un pionero en tecnologías bio-integradas y co-autor principal del estudiar. “Este enfoque de la terapia permite pensar opciones que van más allá de las drogas y la química”.

Rogers es profesor de Ciencia e Ingeniería de Materiales, Ingeniería Biomédica y Cirugía Neurológica Louis Simpson y Kimberly Querrey en la Escuela de Ingeniería McCormick y en la Escuela de Medicina Feinberg de la Universidad Northwestern.

La investigación se publicará el 8 de octubre en la revista Nature Medicine.

Si bien el dispositivo no se ha probado en humanos, los hallazgos son prometedores como una opción terapéutica futura para pacientes con lesiones nerviosas. Para los casos que requieren cirugía, la práctica estándar es administrar algo de estimulación eléctrica durante la cirugía para ayudar a la recuperación. Pero hasta ahora, los médicos carecían de medios para proporcionar continuamente ese impulso adicional en varios puntos de tiempo a lo largo del proceso de recuperación y recuperación.

“Sabemos que la estimulación eléctrica durante la cirugía ayuda, pero una vez que finaliza la cirugía, la ventana para intervenir se cierra”, dijo el autor principal Dr. Wilson “Zack” Ray, profesor asociado de neurocirugía, ingeniería biomédica y ortopedia. Cirugía en la Universidad de Washington. “Con este dispositivo, hemos demostrado que la estimulación eléctrica administrada de forma programada puede mejorar aún más la recuperación del nervio”.

Durante los últimos ocho años, Rogers y su laboratorio han desarrollado una colección completa de materiales electrónicos, diseños de dispositivos y técnicas de fabricación para dispositivos biodegradables con una amplia gama de opciones que ofrecen el potencial para abordar necesidades médicas insatisfechas. Cuando Ray y sus colegas en la Universidad de Washington identificaron la necesidad de terapias basadas en estimulación eléctrica para acelerar la curación de heridas, Rogers y sus colegas de Northwestern fueron a su caja de herramientas y se pusieron a trabajar.

Diseñaron y desarrollaron un dispositivo delgado y flexible que envuelve un nervio lesionado y administra pulsos eléctricos en puntos de tiempo seleccionados durante días antes de que el dispositivo se degrade inofensivamente en el cuerpo. El dispositivo se alimenta y controla de forma inalámbrica mediante un transmisor fuera del cuerpo que actúa de manera muy parecida a una alfombrilla de carga del teléfono móvil. Rogers y su equipo trabajaron en estrecha colaboración con el equipo de la Universidad de Washington durante todo el proceso de desarrollo y la validación de animales.

Los investigadores de la Universidad de Washington luego estudiaron el dispositivo bioelectrónico en ratas con nervios ciáticos lesionados. Este nervio envía señales hacia arriba y abajo de las piernas y controla los músculos isquiotibiales y los músculos de la parte inferior de las piernas y los pies. Utilizaron el dispositivo para proporcionar una hora por día de estimulación eléctrica a las ratas durante uno, tres o seis días o ninguna estimulación eléctrica en absoluto, y luego monitorearon su recuperación durante las siguientes 10 semanas.

Descubrieron que cualquier estimulación eléctrica era mejor que nada para ayudar a las ratas a recuperar la masa muscular y la fuerza muscular. Además, cuantos más días de estimulación eléctrica recibieron las ratas, más rápida y exhaustivamente recuperaron la señal nerviosa y la fuerza muscular. No se encontraron efectos biológicos adversos del dispositivo y su reabsorción.

“Antes de hacer este estudio, no estábamos seguros de que una estimulación más prolongada haría una diferencia, y ahora que lo sabemos, podemos empezar a tratar de encontrar el marco de tiempo ideal para maximizar la recuperación”, dijo Ray. “Si hubiéramos administrado estimulación eléctrica durante 12 días en lugar de seis, ¿habría habido más beneficios terapéuticos? Tal vez. Ahora estamos investigando eso”.

Al variar la composición y el grosor de los materiales en el dispositivo, Rogers y sus colegas pueden controlar la cantidad precisa de días que permanece funcional antes de ser absorbidos por el cuerpo. Las nuevas versiones pueden proporcionar pulsos eléctricos durante semanas antes de degradarse. La capacidad del dispositivo para degradarse en el cuerpo reemplaza a una segunda cirugía para eliminar un dispositivo no biodegradable, eliminando así un riesgo adicional para el paciente.

“Diseñamos los dispositivos para que desaparezcan”, dijo Rogers. “Esta noción de dispositivos electrónicos transitorios ha sido un tema de gran interés para mi grupo durante casi 10 años; en cierto sentido, una gran búsqueda en ciencia de materiales. Estamos entusiasmados porque ahora tenemos las piezas, los materiales, los dispositivos , los enfoques de fabricación, los conceptos de ingeniería a nivel de sistema – para explotar estos conceptos de manera que puedan tener relevancia para los grandes desafíos en salud humana”.

El estudio de investigación también mostró que el dispositivo puede funcionar como un marcapasos temporal y como una interfaz para la médula espinal y otros sitios de estimulación en todo el cuerpo. Estos hallazgos sugieren una amplia utilidad, más allá del sistema nervioso periférico.

El trabajo fue apoyado por DARPA, el Centro de Electrónica Bio-Integrada en la Universidad Northwestern y la Fundación Nacional de Ciencias (subvenciones n. 1400169, 1534120 y 1635443).

Referencia:

Jahyun Koo, Matthew R. Macwan, Seung-Kyun Kang, Sang Min Won, Manu Stephen, Paul Gamble, Zhaoqian Xie, Ying Yan, Yu-Yu Chen, Jiho Shin, Nathan Birenbaum, Sangjin Chung, Sung Bong Kim, Jawad Khalifeh, Daniel V. Harburg, Kelsey Bean, Michael Paskett, Jeonghyun Kim, Zohny S. Zohny, Seung Min Lee, Ruoyao Zhang, Kaijing Luo, Bowen Ji, Anthony Banks, Hyuck Mo Lee, Younggang Huang, Wilson Z. Ray, John A. Rogers. El sistema electrónico inalámbrico bioabsorbible permite una terapia neurorregenerativa no farmacológica sostenida . Medicina de la Naturaleza , 2018; DOI: 10.1038 / s41591-018-0196-2 – https://www.nature.com/articles/s41591-018-0196-2


Citar esta página:

Northwestern University. “Primer ejemplo de una medicina bioelectrónica: el implante biodegradable proporciona una estimulación eléctrica que acelera la regeneración de los nervios”. Ciencia diaria. Consultas de Salud, 10 de octubre de 2018. <https://www.saludconsultas.com/primer-ejemplo-de-una-medicina-bioelectronica/124623>.