As baterias que se decompõem de forma segura no trato gastrointestinal poderiam melhorar os dispositivos ingeríveis
Fabricadas com materiais «biorreabsorvíveis», as novas baterias poderão alimentar cápsulas destinadas à administração de medicamentos, à deteção e a outras aplicações
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Utilizando materiais seguros para consumo humano, investigadores do MIT criaram pequenas baterias que poderão ser utilizadas para alimentar dispositivos eletrónicos ingeríveis. Estas baterias poderão tornar os dispositivos mais seguros para os doentes e minimizar o impacto ambiental das baterias após a sua excreção.
Num novo estudo, os investigadores demonstraram que as baterias, que geram 1,84 volts, podem alimentar dois tipos diferentes de dispositivos: uma etiqueta RFID capaz de transmitir a partir do estômago e uma cápsula que produz uma pequena corrente elétrica que estimula a produção de grelina, a hormona da fome.
Este tipo de bateria, que contém elétrodos feitos de magnésio e trióxido de molibdénio, também poderá ser utilizado noutros dispositivos ingeríveis para aplicações de deteção ou terapêuticas, afirmam os investigadores.
«Para muitos dos sistemas que estamos a desenvolver, precisamos de energia, e alimentamos o sistema de diferentes formas», afirma Giovanni Traverso, professor de engenharia mecânica no MIT, gastroenterologista no Brigham and Women’s Hospital e membro associado do Broad Institute do MIT e de Harvard. «Muitas vezes, utilizamos baterias, pelo que a questão aqui era: será que poderíamos desenvolver uma bateria que fosse biorreabsorvível e, em seguida, aplicá-la numa variedade de áreas de aplicação?»
Traverso é o autor sénior do artigo, que acaba de ser publicado na revista *Nature Chemical Engineering*. O ex-investigador de pós-doutoramento do MIT, Mehmet Girayhan Say, é o autor principal do artigo.
Baterias biocompatíveis
Ao longo da última década, Traverso e os seus colaboradores desenvolveram cápsulas ingeríveis capazes de monitorizar sinais vitais, administrar diversos medicamentos e detetar overdoses de opióides.
Nem todos estes dispositivos requerem uma fonte de alimentação. Para aqueles que a necessitam, os investigadores alimentaram os dispositivos a partir de uma fonte externa que transmite energia sem fios, recolheram energia do trato gastrointestinal ou utilizaram pequenas pilhas tipo moeda. No entanto, essas pilhas, que geralmente contêm lítio, óxido de prata ou outros metais, poderiam representar um risco de segurança se o revestimento protetor da pilha fosse danificado durante a passagem pelo trato gastrointestinal.
Para criar uma bateria mais segura e permitir que os sistemas fossem totalmente autónomos, sem necessidade de alimentação externa, os investigadores recorreram a metais que podem funcionar como elétrodos, mas que são seguros para consumo humano em pequenas quantidades — magnésio e trióxido de molibdénio.
«Sabe-se que esses materiais são relativamente seguros. Esse foi o principal fator determinante: pensar em materiais que possam ser tolerados pelos seres humanos», afirma Traverso.
Os investigadores utilizaram magnésio para criar o ânodo da bateria e trióxido de molibdénio para o cátodo. A bateria contém também um eletrólito em forma de gel líquido iónico, e todo o sistema é biorreabsorvível, o que significa que pode ser totalmente decomposto e absorvido pelo organismo. Os investigadores conceberam duas versões diferentes da bateria que poderiam ser utilizadas 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 investigadores expuseram-nas primeiro a uma solução altamente ácida semelhante ao suco gástrico. Verificaram que as baterias funcionam normalmente durante cerca de três dias, após o que o seu desempenho começa a diminuir lentamente. Em poucas semanas, degradam-se completamente.
Os investigadores incorporaram então a bateria retangular num dispositivo biodegradável que tinham apresentado pela primeira vez em 2023, concebido para enviar uma pequena corrente elétrica ao revestimento do estômago. No seu trabalho anterior, o laboratório de Traverso demonstrou que este impulso elétrico poderia estimular as células endócrinas do estômago a produzir grelina.
Estimular a secreção de grelina pode revelar-se útil no tratamento de doenças que envolvem náuseas ou perda de apetite, como a caquexia (perda de massa corporal que pode ocorrer em doentes com cancro ou outras doenças crónicas).
A versão inicial desse dispositivo era alimentada por duas pilhas tipo moeda de óxido de prata, semelhantes às utilizadas em dispositivos ingeríveis aprovados pela FDA. Ao substituí-las pelas novas pilhas de óxido de magnésio-molibdénio, os investigadores tornaram praticamente todo o dispositivo — com exceção de uma placa de circuito impresso — bioabsorvível. Quaisquer componentes que não sejam absorvidos podem ser eliminados através do trato gastrointestinal.
No novo estudo, os investigadores demonstraram que a nova bateria era suficientemente potente para gerar estimulação elétrica contínua durante um período de até três dias. Testes em animais revelaram que 20 minutos de estimulação no estômago podiam aumentar os níveis de grelina em cerca de 50 por cento.
«O que torna este trabalho empolgante é o facto de termos conseguido demonstrar que uma bateria biorreabsorvível não é apenas um conceito. Ela consegue, de facto, alimentar funções clinicamente relevantes no interior do trato gastrointestinal e, em seguida, simplesmente dissolver-se», afirma Say.
Comunicação alimentada por bateria
Os investigadores incorporaram então a bateria num dispositivo RFID, que conceberam para ajudar os doentes a cumprir os seus horários de medicação. Esta cápsula pode transmitir a sua localização a partir do interior do trato gastrointestinal através de uma etiqueta RFID bioabsorvível feita de molibdénio e celulose.
Um sistema RFID anterior, conhecido como SAFARI e apresentado pelo laboratório de Traverso em janeiro, utilizava etiquetas RFID passivas, alimentadas por energia captada, o que limita o alcance da comunicação.
No novo estudo, testes em animais demonstraram que as etiquetas RFID podiam ser alimentadas de forma eficaz por uma bateria biorreabsorvível em forma de disco. Com a nova bateria, o dispositivo conseguia transmitir continuamente a partir do trato gastrointestinal e com um alcance maior (até 1,5 metros).
Os investigadores estão agora a planear um ensaio clínico para o sistema SAFARI, que esperam que tenha início daqui a cerca de dois anos. Tais sistemas não só poderiam ser mais seguros para os doentes, como também reduziriam o impacto ambiental das baterias que acabariam por ser excretadas para o sistema de esgotos.
«Os benefícios são duplos: por um lado, a capacidade de ser biorreabsorvível; por outro, o potencial de minimizar o impacto ambiental, uma vez que os materiais também serão degradados no ambiente», afirma Traverso.
Observação: Este artigo foi traduzido usando um sistema de computador sem intervenção humana. A LUMITOS oferece essas traduções automáticas para apresentar uma gama mais ampla de notícias atuais. Como este artigo foi traduzido com tradução automática, é possível que contenha erros de vocabulário, sintaxe ou gramática. O artigo original em Inglês pode ser encontrado aqui.
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