Dispositivos médicos levam dicas de design do reino animal

O reino animal beneficiou de milhões de anos de evolução biológica para adaptar processos e características para satisfazer necessidades específicas. Usando uma abordagem conhecida como bioinspiração, cientistas e engenheiros estão empregando conhecimentos da biologia para resolver os desafios tecnológicos atuais e otimizar o design de novos materiais, dispositivos e estruturas.

Na área médica, por exemplo, os pesquisadores projetaram um sistema de imagem cirúrgica baseado nos incríveis olhos do camarão louva-a-deus, criaram uma manta espacial que permite aos usuários controlar sua temperatura imitando as propriedades adaptativas da pele da lula e fabricaram um medidor de pressão intraocular. sensor baseado em nanoestruturas com propriedades ópticas descobertas pela primeira vez nas asas de uma borboleta.

E esta semana assistimos à publicação de dois novos estudos de investigação que exploram conhecimentos da biologia em benefício da saúde humana.

Em primeiro lugar, o pangolim – o único mamífero completamente coberto por escamas duras. Estas escamas ligam-se à pele subjacente, e não umas às outras, e sobrepõem-se no estilo de uma pinha, permitindo ao pangolim enrolar-se numa bola quando ameaçado. E foram essas escalas que inspiraram Metin Sitti, do Instituto Max Planck de Sistemas Inteligentes, e seus colaboradores para projetar um robô médico macio em miniatura.

Robôs macios magnéticos livres oferecem o potencial para realizar procedimentos médicos minimamente invasivos dentro do corpo. Um dia, esses robôs poderão ser guiados por campos magnéticos para regiões de difícil acesso, onde poderão então distribuir drogas ou gerar calor. O aquecimento localizado pode ser usado para estancar sangramentos, cortar tecidos ou até mesmo fazer ablação de tumores. A geração remota de calor, entretanto, requer o uso de materiais metálicos rígidos, o que pode comprometer a conformidade e a segurança dos robôs leves.

“Para abordar este compromisso inerente entre o aquecimento remoto eficaz a longas distâncias e a conformidade, observámos como os pangolins na natureza ainda conseguiam alcançar movimentos flexíveis e desimpedidos, apesar de terem escamas de queratina que são ordens de magnitude mais duras e rígidas do que as camadas de tecido subjacentes, simplesmente organizando as escamas de queratina numa estrutura sobreposta”, escrevem os investigadores, na Nature Communications.

Com isso em mente, Sitti e colegas projetaram e construíram um robô de 20 x 10 x 0,2 mm composto por uma camada de polímero macio e uma camada de elementos metálicos sobrepostos inspirada no pangolim. Ao expor o robô a um campo magnético de baixa frequência, os pesquisadores conseguiram fazê-lo rolar e se mover. Quando exposto a um campo magnético de alta frequência, o robô forneceu aquecimento sob demanda (mais de 70°C) a grandes distâncias (mais de 5 cm) em menos de 30 s.

Em experimentos de prova de conceito em fantasmas de tecido, a equipe mostrou que um campo magnético giratório de 65 mT poderia acionar e mover um robô sem amarras, e que as balanças de aquecimento poderiam liberar seletivamente a carga presa ao robô com cera de abelha.

Para avaliar melhor o potencial clínico do robô, os pesquisadores simularam o sangramento dentro do estômago de um porco ex vivo e demonstraram que o robô poderia navegar até o local do sangramento e usar calor para estancar o sangramento. Eles também colocaram esferóides tumorais em contato direto com as escamas de aquecimento, que destruíram os esferóides após apenas 5 minutos de calor a 60°C.

“Muitas dúvidas e desafios técnicos ainda permanecem, embora superáveis, exigem mais tempo e esforço. Isso inclui a utilidade clínica e a praticidade de implantação desses robôs em cenários clínicos, questões de biocompatibilidade, controle e rastreamento”, afirma o primeiro autor Ren Hao Soon. “No meu próximo projeto, quero continuar empurrando esses robôs livres para mais perto da cabeceira. Espero trabalhar em estreita colaboração com os médicos para identificar uma necessidade médica real para a qual tais robôs possam ser úteis.”

O polvo de anéis azuis é minúsculo, de cor vibrante e um dos animais marinhos mais venenosos do mundo. Sua mordida perfura a carapaça de sua presa e então libera tetrodotoxina, uma neurotoxina paralisante. “O comportamento predatório do polvo de anéis azuis inspirou-nos com uma estratégia para melhorar a medicação tópica”, escreve uma equipa de investigação liderada pela Universidade de Sichuan e pela Universidade de Zhejiang, na China.