Investigadores de la Universidad Northwestern y la Facultad de Medicina de la Universidad de Washington han desarrollado el primer ejemplo de una medicina bioelectrónica: un dispositivo inalámbrico implantable y biodegradable que acelera la regeneración nerviosa y mejora la curación de un nervio dañado.
Los colaboradores, científicos e ingenieros de materiales en Northwestern y neurocirujanos en la Universidad de Washington, desarrollaron un dispositivo que suministra pulsos regulares de electricidad a nervios periféricos dañados en ratas después de un proceso de reparación quirúrgica, acelerando el crecimiento de los nervios en sus piernas y mejorandola recuperación definitiva de la fuerza muscular y el control. 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 absorberse naturalmente en el cuerpo.
Los científicos imaginan que tales tecnologías de ingeniería transitorias algún día podrían complementar o reemplazar los tratamientos farmacéuticos para una variedad de afecciones médicas en humanos. Este tipo de tecnología, a la que los investigadores se refieren como una "medicina bioelectrónica", proporciona terapia y tratamiento duranteperíodo de tiempo clínicamente relevante y directamente en el sitio donde se necesita, reduciendo así los efectos secundarios o los riesgos asociados con los implantes permanentes convencionales.
"Estos sistemas de ingeniería proporcionan una función terapéutica activa en un formato dosificado programable y luego desaparecen naturalmente en el cuerpo, sin dejar rastro", dijo John A. Rogers de Northwestern, pionero en tecnologías biointegradas y coautor principaldel estudio: "Este enfoque de la terapia permite pensar en 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 de Louis Simpson y Kimberly Querrey en la Facultad de Medicina McCormick y la Facultad de Medicina Feinberg de la Universidad Northwestern.
La investigación se publicará el 8 de octubre en la revista medicina natural .
Si bien el dispositivo no se ha probado en humanos, los hallazgos ofrecen una promesa como una opción terapéutica futura para pacientes con lesiones nerviosas. Para los casos que requieren cirugía, la práctica estándar es administrar un poco de estimulación eléctrica durante la cirugía para ayudar a la recuperación. Pero hasta ahora,Los médicos no han tenido un medio para proporcionar continuamente ese impulso adicional en varios momentos durante el proceso de recuperación y curación.
"Sabemos que la estimulación eléctrica durante la cirugía ayuda, pero una vez que termina la cirugía, se cierra la ventana para intervenir", dijo el coautor principal, el Dr. Wilson "Zack" Ray, profesor asociado de neurocirugía, de ingeniería biomédica yde cirugía ortopédica en la Universidad de Washington. "Con este dispositivo, hemos demostrado que la estimulación eléctrica administrada de forma programada puede mejorar aún más la recuperación nerviosa".
En 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 no satisfechas. Cuando Ray y sus colegasen la Universidad de Washington identificaron la necesidad de terapias basadas en estimulación eléctrica para acelerar la curación de heridas, Rogers y sus colegas en Northwestern fueron a su caja de herramientas y se pusieron a trabajar.
Diseñaron y desarrollaron un dispositivo delgado y flexible que se envuelve alrededor de 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 es alimentado y controlado de forma inalámbrica por un transmisor fuera del cuerpo queactúa de manera muy similar a una plataforma de carga de teléfonos celulares. Rogers y su equipo trabajaron estrechamente con el equipo de la Universidad de Washington durante todo el proceso de desarrollo y la validación de los 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 hacia abajo de las piernas y controla los isquiotibiales y los músculos de la parte inferior de las piernas y los pies. Usaron el dispositivo para proporcionar una hora por díade estimulación eléctrica a las ratas durante uno, tres o seis días o ninguna estimulación eléctrica, y luego monitoreó su recuperación durante las siguientes 10 semanas.
Descubrieron que cualquier estimulación eléctrica era mejor que ninguna para ayudar a las ratas a recuperar la masa muscular y la fuerza muscular. Además, mientras más días de estimulación eléctrica recibían las ratas, más rápida y completamente recuperaban la señalización nerviosa y la fuerza muscularNo se encontraron efectos biológicos adversos del dispositivo y su reabsorción.
"Antes de hacer este estudio, no estábamos seguros de que una estimulación más larga haría la diferencia, y ahora que sabemos que lo hace, podemos comenzar a tratar de encontrar el marco de tiempo ideal para maximizar la recuperación", dijo Ray. "administramos estimulación eléctrica durante 12 días en lugar de seis, ¿habría habido más beneficios terapéuticos? Quizás. Estamos investigando eso ahora "
Al variar la composición y el grosor de los materiales en el dispositivo, Rogers y sus colegas pueden controlar el número preciso de días que permanece funcional antes de ser absorbido por el cuerpo. Las nuevas versiones pueden proporcionar pulsos eléctricos durante semanas antes de degradarse. La capacidad delel dispositivo que se degrada en el cuerpo toma el lugar de una segunda cirugía para eliminar un dispositivo no biodegradable, lo que elimina el riesgo adicional para el paciente.
"Diseñamos los dispositivos para que desaparezcan", dijo Rogers. "Esta noción de dispositivos electrónicos transitorios ha sido un tema de profundo interés en mi grupo durante casi 10 años, una gran búsqueda en la ciencia de los materiales, en cierto sentido. Somosentusiasmados 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 la 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 de la Universidad Northwestern y la National Science Foundation subvenciones núms. 1400169, 1534120 y 1635443.
Video: http://www.youtube.com/watch?time_continue=2&v=BoOlL5LPb7o
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad del Noroeste . Original escrito por Megan Fellman. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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