Utilizando materiais seguros para consumo humano, pesquisadores do MIT criaram minúsculas baterias que poderiam ser usadas para alimentar dispositivos eletrônicos ingeríveis. Essas baterias poderiam tornar os dispositivos mais seguros para os pacientes e minimizar o impacto ambiental das baterias após sua excreção.

Em um novo estudo, os pesquisadores demonstraram que as baterias, que geram 1,84 volts, poderiam alimentar dois tipos diferentes de dispositivos: uma etiqueta RFID que pode transmitir sinais do estômago e uma cápsula que produz uma pequena corrente elétrica que estimula a produção de grelina, o hormônio da fome.

Segundo os pesquisadores, esse tipo de bateria, que contém eletrodos feitos de magnésio e trióxido de molibdênio, também poderia ser utilizado em outros dispositivos ingeríveis para aplicações de sensoriamento ou terapêuticas.

“Para muitos dos sistemas que estamos desenvolvendo, precisamos de energia, e alimentamos o sistema de diferentes maneiras”, diz Giovanni Traverso, professor de engenharia mecânica no MIT, gastroenterologista no Brigham and Women's Hospital e membro associado do Broad Institute do MIT e Harvard. “Frequentemente, usamos baterias, então a questão era: poderíamos desenvolver uma bateria biorreabsorvível e aplicá-la em diversas áreas?”

Traverso é o autor sênior do artigo, publicado hoje na Nature Chemical Engineering . O ex-pós-doutorando do MIT, Mehmet Girayhan Say, é o autor principal do artigo.

Ao longo da última década, Traverso e seus colaboradores desenvolveram cápsulas ingeríveis capazes de  monitorar sinais vitais , administrar  diversos medicamentos e  detectar overdoses de opioides .

Nem todos esses dispositivos requerem uma fonte de energia. Para aqueles que requerem, os pesquisadores alimentaram os dispositivos a partir de uma fonte externa que transmite energia sem fio, coletaram energia do trato gastrointestinal ou usaram pequenas baterias tipo moeda. No entanto, essas baterias, que geralmente contêm lítio, óxido de prata ou outros metais, podem representar um risco à segurança se o revestimento protetor da bateria for danificado durante a passagem pelo trato gastrointestinal. 

Para criar uma bateria mais segura e permitir que os sistemas sejam totalmente autossuficientes, sem necessidade de energia externa, os pesquisadores recorreram a metais que podem atuar como eletrodos, mas que são seguros para consumo humano em pequenas quantidades — magnésio e trióxido de molibdênio. 

“Sabe-se que esses materiais são relativamente seguros. Esse foi o principal fator determinante, pensar em materiais que possam ser tolerados pelos seres humanos”, diz Traverso.

Os pesquisadores utilizaram magnésio para criar o ânodo da bateria e trióxido de molibdênio para o cátodo. A bateria também contém um eletrólito em gel de líquido iônico, e todo o sistema é biorreabsorvível, o que significa que pode ser completamente decomposto e absorvido pelo corpo. Os pesquisadores projetaram duas versões diferentes da bateria que podem ser usadas para diferentes aplicações: um disco com 7,5 milímetros de diâmetro e uma barra retangular com 24 milímetros de comprimento.

Para testar o comportamento das baterias no trato gastrointestinal, os pesquisadores primeiro as expuseram a uma solução altamente ácida semelhante ao suco gástrico. Eles descobriram que as baterias funcionam normalmente por cerca de três dias, depois seu desempenho começa a declinar lentamente. Em algumas semanas, elas se degradam completamente.

Os pesquisadores então incorporaram a bateria retangular em um  dispositivo degradável que relataram pela primeira vez em 2023, projetado para fornecer uma pequena corrente elétrica ao revestimento do estômago. Em trabalhos anteriores, o laboratório de Traverso mostrou que esse estímulo poderia estimular as células endócrinas do estômago a produzirem grelina.

Estimular a secreção de grelina pode ser útil no tratamento de doenças que causam náuseas ou perda de apetite, como a caquexia (perda de massa corporal que pode ocorrer em pacientes com câncer ou outras doenças crônicas).

A versão inicial desse dispositivo era alimentada por duas baterias tipo moeda de óxido de prata, semelhantes às usadas em dispositivos ingeríveis aprovados pelo FDA. Ao substituí-las pelas novas baterias de óxido de magnésio-molibdênio, os pesquisadores tornaram quase todo o dispositivo — com exceção de uma placa de circuito impresso — biorreabsorvível. Quaisquer componentes que não forem absorvidos podem passar pelo trato gastrointestinal e serem excretados.

No novo estudo, os pesquisadores demonstraram que a nova bateria era potente o suficiente para gerar estimulação elétrica contínua por até três dias. Testes em animais mostraram que 20 minutos de estimulação no estômago podiam aumentar os níveis de grelina em cerca de 50%.

“O que torna este trabalho empolgante é que conseguimos demonstrar que uma bateria biorreabsorvível não é apenas um conceito. Ela pode, de fato, alimentar funções clinicamente relevantes dentro do trato gastrointestinal e, em seguida, simplesmente se dissolver”, afirma Say.

Os pesquisadores então incorporaram a bateria em um dispositivo RFID, que eles projetaram para ajudar os pacientes a seguirem seus horários de medicação. Essa cápsula pode transmitir sua localização de dentro do trato gastrointestinal por meio de uma etiqueta RFID biorreabsorvível feita de molibdênio e celulose. 

Um sistema RFID anterior, conhecido como SAFARI e relatado pelo laboratório de Traverso em janeiro, usava etiquetas RFID passivas, alimentadas por energia coletada, o que limita o alcance da comunicação. 

No novo estudo, testes em animais mostraram que as etiquetas RFID podem ser alimentadas de forma eficaz por uma bateria biorreabsorvível em formato de disco. Com a nova bateria, o dispositivo pode transmitir continuamente a partir do trato gastrointestinal e com um alcance maior (até 1,5 metros).

Os pesquisadores estão agora planejando um ensaio clínico para o sistema SAFARI, que esperam começar em cerca de dois anos. Tais sistemas poderiam não apenas ser mais seguros para os pacientes, mas também reduzir o impacto ambiental das baterias que eventualmente seriam descartadas no sistema de esgoto. 

A pesquisa foi financiada pela Novo Nordisk, pela Cátedra de Desenvolvimento de Carreira Karl van Tassel, pelo Departamento de Engenharia Mecânica do MIT, pela Divisão de Gastroenterologia do Brigham and Women's Hospital e pela Agência de Projetos de Pesquisa Avançada em Saúde dos EUA (ARPA-H).