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Equipes de pesquisa da Universidade de Galway e do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) detalharam um avanço na tecnologia de dispositivos médicos que poderia levar a um tratamento inteligente, duradouro e personalizado para os pacientes, graças à robótica suave e à inteligência artificial.
A parceria transatlântica criou um dispositivo implantável inteligente que pode administrar um medicamento – ao mesmo tempo que detecta quando este começa a ser rejeitado – e usar a IA para alterar a forma do dispositivo para manter a dosagem do medicamento e, simultaneamente, contornar a acumulação de tecido cicatricial.
O estudo foi publicado na revista Robótica Científica.
As tecnologias de dispositivos médicos implantáveis prometem desbloquear intervenções terapêuticas avançadas nos cuidados de saúde, como a libertação de insulina para tratar a diabetes, mas um grande problema que impede tais dispositivos é a reacção do paciente a um corpo estranho.
A Dra. Rachel Beatty, da Universidade de Galway, e co-autora principal do estudo, explicou: “A tecnologia que desenvolvemos, usando robótica suave, aumenta o potencial dos dispositivos implantáveis para permanecerem no corpo de um paciente por longos períodos, proporcionando longos períodos de tempo. -ação terapêutica duradoura. Imagine um implante terapêutico que também possa detectar seu ambiente e responder conforme necessário usando IA – esta abordagem poderia gerar mudanças revolucionárias na administração de medicamentos implantáveis para uma série de doenças crônicas.”
A equipe de pesquisa da Universidade de Galway-MIT desenvolveu originalmente dispositivos flexíveis de primeira geração, conhecidos como implantes robóticos moles, para melhorar a administração de medicamentos e reduzir a fibrose. Apesar desse sucesso, a equipe considera a tecnologia como única para todos, pois não leva em conta como os pacientes individuais reagem e respondem de maneira diferente, ou para a natureza progressiva da fibrose, onde o tecido cicatricial se acumula ao redor do dispositivo, encapsulando-o. , impedindo e bloqueando o seu propósito, eventualmente forçando-o ao fracasso.
A pesquisa mais recente, publicada hoje na Science Robotics, demonstra como eles avançaram significativamente a tecnologia – usando IA – tornando-a responsiva ao ambiente do implante com potencial para ser mais duradoura, defendendo-se contra o impulso natural do corpo de rejeitar um corpo estranho. .
O Dr. Beatty acrescentou: “Eu queria adaptar a administração do medicamento aos indivíduos, mas precisava primeiro criar um método para detectar a resposta do corpo estranho”.
A equipe de pesquisa implantou uma técnica emergente para ajudar a reduzir a formação de tecido cicatricial conhecida como mecanoterapia, onde implantes robóticos macios fazem movimentos regulares no corpo, como inflar e esvaziar. Os movimentos cronometrados, repetitivos ou variados ajudam a prevenir a formação de tecido cicatricial.
A chave para a tecnologia avançada do dispositivo implantável é uma membrana porosa condutora que pode detectar quando os poros estão bloqueados por tecido cicatricial. Ele detecta os bloqueios à medida que as células e os materiais que as células produzem bloqueiam os sinais elétricos que viajam através da membrana.
Os pesquisadores mediram a impedância elétrica e a formação de tecido cicatricial na membrana, encontrando uma correlação. Um algoritmo de aprendizado de máquina também foi desenvolvido e implantado para prever o número e a força necessários de atuações para alcançar uma dosagem consistente do medicamento, independentemente do nível de fibrose presente. Usando simulações de computador, os pesquisadores também exploraram o potencial do dispositivo para liberar medicamentos ao longo do tempo com uma cápsula fibrótica circundante de diferentes espessuras.
A pesquisa mostrou que a alteração da força e do número de vezes que o dispositivo foi obrigado a se mover ou mudar de forma permitiu que o dispositivo liberasse mais droga, ajudando a contornar o acúmulo de tecido cicatricial.
A Professora Ellen Roche, Professora de Engenharia Mecânica no MIT, disse: “Se pudermos sentir como o sistema imunológico do indivíduo está respondendo a um dispositivo terapêutico implantado e modificar o regime de dosagem de acordo, isso poderia ter um grande potencial na administração personalizada e precisa de medicamentos, reduzindo efeitos fora do alvo e garantir que a quantidade certa de medicamento seja administrada no momento certo. O trabalho apresentado aqui é um passo em direção a esse objetivo.”
O professor Garry Duffy, professor de anatomia e medicina regenerativa da Universidade de Galway e autor sênior do estudo, disse: “O dispositivo elaborou o melhor regime para liberar uma dose consistente, por si só, mesmo quando foi simulada fibrose significativa. um cenário de pior caso de tecido cicatricial muito espesso e denso ao redor do dispositivo e ele superou isso alterando a forma como ele bombeia para administrar a medicação. Poderíamos controlar com precisão a liberação do medicamento em um modelo computacional e na bancada usando robótica suave, independentemente de fibrose.”
A equipe de pesquisa acredita que a descoberta de seu dispositivo médico pode abrir caminho para implantes de circuito fechado completamente independentes que não apenas reduzem o encapsulamento fibrótico, mas também o detectam ao longo do tempo e ajustam de forma inteligente sua atividade de liberação de medicamento em resposta.
O Professor Duffy acrescentou: “Esta é uma nova área de investigação que pode ter implicações noutros locais e não se limita apenas ao tratamento da diabetes. A nossa descoberta poderia fornecer uma dosagem consistente e responsiva durante longos períodos, sem envolvimento do médico, aumentando a eficácia e reduzindo a necessidade de substituição do dispositivo devido à fibrose.”
A pesquisa foi financiada em parte pelo centro de pesquisa de materiais avançados e bioengenharia (AMBER) e dispositivos médicos (CÚRAM) da Science Foundation Ireland, pela estrutura Horizon 2020 da União Europeia e pelo Departamento de Engenharia Mecânica do MIT.
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