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Um dispositivo multifacetado para o tratamento eficaz de feridas profundas, não compressíveis e de formato irregular foi projetado pelos cientistas do Terasaki Institute for Biomedical Innovation (TIBI). Conforme descrito em seu artigo recente em ciência avançada, o dispositivo fornece gerenciamento rápido de hemorragia, tem efeitos inflamatórios mínimos e fornece controle de infecção. Ele também possui taxas de biodegradação ajustáveis, tornando-o utilizável para uso interno e externo, e possui recursos de detecção para monitoramento de hemorragia a longo prazo. Este dispositivo versátil é altamente benéfico para alertas oportunos e controle de sangramento de feridas cirúrgicas, lesões traumáticas e doenças críticas.
Atualmente, existem muitos produtos de controle de hemorragia disponíveis, como bandagens de algodão ou gaze, pós e torniquetes. Estes são geralmente usados com compressão em feridas rasas e de formato mais uniforme, e não podem detectar sangramento e controlar a hemorragia simultaneamente. Esponjas com memória de forma mais novas e altamente absorventes tratam feridas profundas e de formato irregular, mantendo sua estrutura e dimensões originais; após a absorção do sangue, essas esponjas também aplicam naturalmente pressão na ferida e promovem a coagulação. As esponjas com memória de forma à base de celulose são adequadas, mas não biodegradáveis como as versões à base de gelatina, e nenhuma delas tem a capacidade de detectar hemorragias.
Para criar um dispositivo versátil de gerenciamento de hemorragia, a equipe do TIBI recorreu à fibroína da seda, uma proteína produzida pela Bombyx mori bicho-da-seda. A fibroína de seda é um material biodegradável com ótimas propriedades anti-inflamatórias e mecânicas e pode ser transformada em esponjas em forma de memória porosas e altamente absorventes. Essas esponjas também podem promover a coagulação e a regeneração dos tecidos. As taxas de degradação ajustáveis das esponjas permitem o uso de longo prazo no corpo, bem como a possibilidade de integração com sensores que podem monitorar o sangramento ao longo do tempo.
A equipe do TIBI aproveitou esses recursos e desenvolveu um dispositivo único e completo de gerenciamento de hemorragias. O dispositivo consiste em duas camadas de nanofios de prata posicionadas acima e abaixo de uma camada de esponja hemostática. Os nanofios funcionam como sensores de detecção de hemorragia, bem como agentes antibacterianos.
A equipe do TIBI realizou uma avaliação abrangente do dispositivo, incluindo testes de propriedades mecânicas, biocompatibilidade e biodegradação. Mecanicamente, as esponjas de SF mostraram excelente elasticidade e capacidade de absorção, juntamente com excelente retenção do tamanho, forma e tamanho dos poros quando testadas contra água e sangue; o controle ideal da hemorragia pode ser obtido ajustando as concentrações de fibroína de seda para corresponder às propriedades mecânicas do tecido circundante da ferida. A biocompatibilidade favorável e as respostas antiinflamatórias mínimas nas camadas de esponja e nanofio foram demonstradas por boa viabilidade celular e proliferação quando testadas com amostras de tecido conjuntivo. Testes adicionais mostraram que a taxa de degradação da esponja pode ser retardada aumentando a concentração de fibroína da seda e empregando uma etapa de lavagem com metanol durante a fabricação.
Em seguida, o dispositivo e um dispositivo comercial anti-hemorrágico à base de gelatina foram avaliados em modelos de ratos por meio de implantação abaixo da pele. A esponja comercial degradou completamente após quatro semanas, enquanto o dispositivo de nanofio de fibra de seda manteve sua estrutura. Além disso, a esponja implantada apresentou respostas inflamatórias mínimas e não apresentou efeitos adversos nos órgãos e no comportamento dos ratos. Além disso, o dispositivo de fibroína de seda superou a esponja comercial em testes de controle de hemorragia, com um nível duas vezes maior de controle de hemorragia em um modelo de sangramento de rato.
Além de fornecer gerenciamento de hemorragia, o dispositivo também inclui um sensor capacitivo baseado em nanofios para detecção de sangramento. Durante o sangramento, a esponja absorve o sangue, o que aumenta sua capacitância sem afetar sua forma. O aumento da capacitância é detectável e está diretamente relacionado à quantidade de sangue absorvida, proporcionando assim uma forma de monitorar o sangramento em tempo real. Os testes mostraram que o dispositivo pode monitorar seletivamente a absorção de sangue contra outros fluidos corporais que possam encontrar na ferida.
“Este dispositivo multifuncional oferece muitos recursos atraentes para controle de hemorragia e monitoramento de feridas e é altamente adaptável para diferentes tipos de feridas e tecidos”, disse Ali Khademhossein, Ph.D., Diretor e CEO da TIBI. “E o recurso de monitoramento de hemorragia também abre várias possibilidades para biossensor integrado e terapias adicionais”.
Os autores são: Reihaneh Haghniaz, Ankit Gangrade, Hossein Montazerian, Fahimeh Zarei, Menekse Ermis, Zijie Li, Yuxuan Du, Safoora Khosravi, Natan Roberto de Barros, Kalpana Mandal, Ahmad Rashad, Fatemeh Zehtabi, Jinghang Li, Mehmet R. Dokmeci, Han -Jun Kim, Ali Khademhosseini, Yangzhi Zhu.
Este trabalho foi parcialmente financiado pelos Institutos Nacionais de Saúde (AR074234, AR073135, HL140618, HL137193, GM126571, GM126831).
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