Science

Uma nova solução para transferência de energia para bombas cardíacas

Andreas Kourouklis recebeu uma bolsa Pioneer da ETH Zurich para desenvolver um novo sistema de cabos para bombas cardíacas.

Aproximadamente um em cada dois usuários de dispositivos de assistência ventricular é diagnosticado com uma infecção. A razão para isso é o cabo grosso da fonte de alimentação. os pesquisadores desenvolveram agora uma solução para mitigar esse problema.

Para muitos pacientes que aguardam um doador de coração, a única maneira de viver uma vida decente é com a ajuda de uma bomba ligada diretamente ao coração. Esta bomba requer quase tanta energia quanto uma TV, que extrai de uma bateria externa por meio de um cabo de sete milímetros de espessura. O sistema é prático e confiável, mas tem uma grande falha: apesar do tratamento médico, o ponto em que o cabo sai do abdômen pode ser rompido por bactérias.

O pesquisador e engenheiro da ETH Zurique, Andreas Kourouklis, está trabalhando para em breve tornar esse problema uma coisa do passado. Com o apoio do professor Edoardo Mazza da ETH Zurique e de médicos do German Heart Center em Berlim, Kourouklis desenvolveu um novo sistema de cabos para bombas cardíacas que não causa infecções. Isto é particularmente importante dado que os métodos sem fios de transmissão de energia permanecerão indisponíveis para os pacientes num futuro próximo. Kourouklis recebeu uma Pioneer Fellowship da ETH Zurich para aprimorar sua tecnologia.

Fios finos com crateras em vez de cabos grossos

“O cabo grosso utilizado nos sistemas de assistência ventricular existentes cria uma ferida aberta que não cicatriza e compromete gravemente a qualidade de vida dos pacientes”, afirma Kourouklis. Tecido cicatricial com suprimento sanguíneo limitado se forma ao redor do ponto de saída. Isto não só prejudica a capacidade de cura da pele, mas também aumenta o risco de infecção. Como as camadas externas da pele estão feridas e frouxamente presas à superfície plana do cabo grosso, elas crescem para baixo. Como resultado, as bactérias podem viajar da superfície da pele para camadas mais profundas dos tecidos, muitas vezes fazendo com que os pacientes tenham que lutar contra infecções e reinternação.

Os pesquisadores criaram uma tecnologia para remediar a situação. Em vez de alimentar a bomba cardíaca através de um cabo grosso que é muito mais rígido que a pele humana, eles usam vários fios finos e flexíveis com uma superfície áspera e irregular. Kourouklis e sua equipe comparam sua abordagem com a maneira como o cabelo humano rompe a pele sem causar infecções: “Fios mais flexíveis, cuja superfície está cheia de crateras microscópicas, ajudam a curar a pele”, diz Kourouklis. A razão para isso é que as camadas mais externas da pele aderem melhor a esses fios e não crescem para dentro. Novos tecidos se formam mais rapidamente e é mais provável que a pele permaneça intacta como uma barreira contra infecções bacterianas.

Gotas de água criam pequenas crateras

Para criar crateras na superfície dos cabos, uma equipe de engenheiros liderada por Kourouklis e Mazza desenvolveu um novo processo que permite a criação de padrões muito pequenos e irregulares em superfícies que não são planas – algo que não era possível antes.

Este método, atualmente patenteado na ETH Zurich, envolve revestir os cabos flexíveis com uma fina camada de silicone e resfriá-los a menos 20 graus Celsius. A superfície dos cabos torna-se assim maleável. Eles são então colocados em uma câmara de condensação, onde pequenas gotas de água são pressionadas na camada líquida de silicone, criando crateras microscópicas. “Podemos controlar a posição das crateras nos cabos ajustando a humidade e a temperatura na câmara de condensação”, diz Kourouklis.

O desafio aqui é que as crateras não podem ser muito grandes ou muito pequenas: se forem muito grandes, as bactérias podem instalar-se nelas e o risco de infecção aumenta; se forem muito pequenos, a pele não adere a eles e cresce para dentro – caso em que o risco de infecção também aumenta. Um problema clássico de otimização, que Kourouklis e sua equipe abordam por meio de métodos computacionais e experimentais em biomecânica de tecidos e biomateriais.

Testes iniciais confirmam menor risco de infecção

Kourouklis e os seus colegas realizaram testes iniciais em culturas de células da pele antes de implantarem os cabos antigos e grossos e o seu novo sistema de cabos numa ovelha. Os resultados deixam o pesquisador da ETH Zurique otimista: enquanto os cabos grossos com superfície plana causaram inflamação grave, os cabos finos e flexíveis apresentaram apenas reações inflamatórias leves. Nenhuma ovelha sofreu lesões permanentes durante os testes.

Mais importante ainda: ao contrário dos cabos grossos, a pele de ovelha integrou-se melhor aos novos cabos e dificilmente cresceu para dentro. Assim, os cabos finos com crateras não causaram infecções nos animais.

Kourouklis está atualmente trabalhando com engenheiros de dispositivos médicos e cirurgiões cardíacos para melhorar o sistema de cabos. Seu objetivo é levar a tecnologia ao mercado o mais rápido possível. Mas antes que possa ser usado em pacientes cardíacos, será necessária uma série de testes em modelos de pele, animais e, eventualmente, em humanos.

Programa de bolsa pioneira

A Pioneer Fellowship é um programa de apoio abrangente que oferece aos pensadores inovadores condições ideais para lançar o seu empreendimento comercial. Voltado principalmente para alunos de doutorado, o programa também é aberto a alunos de mestrado e pós-doutorado. Os Pioneer Fellows recebem um subsídio de CHF 150.000 durante um período de 12 a 18 meses, além de ampla orientação e treinamento. Os bolsistas trabalham no ieLab durante a duração da bolsa. As Pioneer Fellowships são financiadas conjuntamente pela ETH Foundation e pela ETH Zurich.

Referência

Kourouklis A, · Kaemmel J, · Wu X, · Potapov E, · Cesarovic N,· Ferrari A, · Starck C, · Falk V, · Mazza E. Sistemas de pele condutora para transferência de energia em aplicações clínicas, European Biophysics Journal 51 (2), doi: 10.3929/ethz-b-000505294 .

Kourouklis A, · Kaemmel J, · Wu X, · Banos M, Chanfon A, de Brot S,· Ferrari A, · Cesarovic N, Falk V, · Mazza E. Fios transdérmicos para melhor integração in vivo, Biomaterials Advances Volume 153, Outubro de 2023, doi: página externa 10.1016/j.bioadv.2023.213568 call_made.

Christoph Elhardt

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