Em 2017, o quarterback do Green Bay Packers, Aaron Rodgers, quebrou a clava­cula direita em um jogo contra o Minnesota Vikings. Normalmente, leva cerca de 12 semanas para uma clava­cula cicatrizar completamente, mas em meados de dezembro os fa£s e comentaristas esperavam que o três vezes MVP pudesse se recuperar mais cedo e salvar uma temporada perdida.

O mesmo fez Xudong Wang, professor de ciência de materiais e engenharia da Universidade de Wisconsin-Madison e especialista na criação de dispositivos médicos finos movidos a movimentos . "Comecei a me perguntar se podera­amos fornecer uma nova solução para trazer os atletas de volta ao campo mais rápido do que nunca", disse Wang.

Os pesquisadores sabem que a eletricidade pode ajudar a acelerar a cicatrização a³ssea, mas as fraturas "zapping" nunca pegaram realmente, uma vez que requer a implantação cirúrgica e a remoção de eletrodos alimentados por uma fonte externa.

Uma grande atualização do mesmo conceito de eletroestimulação, a última invenção de Wang não chegou a tempo de ajudar os Packers de 2017 - no entanto, pode ajudar muitos outros, tornando a eletroestimulação uma opção muito mais conveniente para acelerar a cura a³ssea .

Seu dispositivo fino e flexa­vel éautoalimentado, implanta¡vel e bioreabsorva­vel, portanto, uma vez que o osso étricotado novamente, os componentes do dispositivo se dissolvem dentro do corpo.

Wang e seus colaboradores, incluindo Weibo Cai, um professor de radiologia e física médica da UW osMadison, descreveram o novo dispositivo hoje (5 de julho de 2021) na revista Proceedings of the National Academy of Sciences .

O osso éum material piezoelanãtrico, o que significa que produz uma pequena quantidade de eletricidade quando colocado sob tensão. Esses choques de eletricidade estimulam fatores que promovem o crescimento e a cicatrização a³ssea, razãopela qual a eletroestimulação éuma terapia eficaz.

Embora existam estimuladores externos que criam um campo elanãtrico para acelerar a cicatrização indiretamente, a solução ideal éestimular o osso diretamente. Colocar o dispositivo dentro do corpo, no entanto, tem requisitos aºnicos - um dos quais éalimenta¡-lo, de acordo com Wang.

“O caso ideal éque o dispositivo seja autogerado, algo que não existia antes”, diz ele.

Para criar o novo dispositivo de eletroestimulação de fratura, ou FED, Wang e sua equipe começam com um nanogerador triboelanãtrico, um dispositivo de pela­cula fina comsuperfÍcies microestruturadas que converte a energia meca¢nica produzida por pequenos movimentos em energia elanãtrica . Eles acoplaram o nanogerador a um par de eletrodos para distribuir o campo elanãtrico ao osso. Eles construa­ram esses componentes ultrafinos, biodegrada¡veis ​​e bioreabsorva­veis em um substrato de poli (a¡cido la¡tico-co-glica³lico), um pola­mero biocompata­vel comumente usado aprovado pela FDA.

Os testes iniciais dos pesquisadores confirmaram que pequenos movimentos do dispositivo realmente criaram uma estimulação elanãtrica de cerca de 4 volts, que poderia sustentar por mais de seis semanas. Eles então testaram o dispositivo em ratos.

Os animais implantados com o dispositivo se recuperaram completamente de uma fratura da ta­bia em cerca de seis semanas, muito mais rapidamente do que os animais de um grupo de controle . A densidade mineral e a resistência a  flexa£o dos ossos curados também atingiram o mesmoníveldos ossos sauda¡veis ​​nos animais que receberam a eletroestimulação. Apa³s o tratamento, os dispositivos se degradaram e foram absorvidos pelo corpo dos ratos sem complicações e sem necessidade de remoção cirúrgica.

Wang diz que épossí­vel ajustar quanto tempo o estimulador durara¡ dentro do corpo - de semanas a meses - ajustando as propriedades do material bioabsorva­vel que reveste o dispositivo.

Eventualmente, Wang gostaria de ampliar o dispositivo de eletroestimulação de fratura para que funcione em humanos. Mas para esses dispositivos com alimentação própria, a fonte de energia pode ser um fator.

“Normalmente, quando alguém tem um osso quebrado, eles precisam restringir seus movimentos”, explica ele.

Em outras palavras, alguém usando um elenco pode não produzir energia meca¢nica suficiente para alimentar o nanogerador triboelanãtrico.

"A maneira como um rato se move fornece estimulação constante para o dispositivo, mas para um osso quebrado em um humano que não pode ser movido, isso éum problema", disse Wang.

No entanto, o corpo humano fornece fontes virtualmente infinitas de movimento que podem alimentar o dispositivo de eletroestimulação de fratura se o osso quebrado permanecer ima³vel. "Podemos precisar que o dispositivo responda a outros tipos de fontes meca¢nicas internas, como alterações na pressão arterial", disse Wang, que já estãoolhando para o futuro do FED.

“Sera¡ muito interessante e impactante abordar o desenvolvimento do animal para o humano”, diz ele.

Cai também estãoanimado para continuar o trabalho.

"Nossas colaborações conta­nuas ao longo da última década foram muito produtivas e altamente sinanãrgicas", disse Cai, que trabalhou com Wang para criar uma bandagem que funciona segundo princa­pios semelhantes e um dispositivo de perda de peso implanta¡vel , entre outros projetos. "O grupo Wang projeta e fabrica muitos dispositivos intrigantes, e nosso grupo pode testa¡-los in vivo em vários modelos de pequenos animais para estudos subsequentes em grandes animais e tradução cla­nica potencial."