Nova artéria impressa em 3D pode monitorar bloqueios em seu interior

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Artéria 3D

Quando os cirurgiões substituem parte de um vaso sanguíneo – algo que fazem em 450.000 pacientes por ano nos Estados Unidos para tratar coágulos de sangue, doenças coronárias, danos causados por derrames e mais – o vaso enxertado é monitorado por tomografias computadorizadas, ultra-sonografias e outras técnicas de imagem caras. Apesar de todo esse esforço, entre 40% e 50% desses enxertos falham.

Essa é uma das razões pelas quais os engenheiros da Universidade de Wisconsin-Madison estão desenvolvendo um novo vaso sanguíneo artificial em 3-D que permite aos médicos e pacientes manterem o controle de sua saúde à distância.

O vaso implantável, feito de um composto flexível e capaz de monitoramento em tempo real, é descrito em um novo estudo publicado na revista Advanced Functional Materials pelo professor Xudong Wang da UW-Madison e pelo estudante de pós-graduação Jun Li.

“Este vaso artificial pode produzir pulsos elétricos com base na flutuação da pressão que será capaz de dizer com precisão a pressão sanguínea no vaso sem usar nenhuma fonte de energia adicional”, diz Wang. “E por causa da geometria 3D, o perfil de pulso elétrico será capaz de dizer se há um movimento irregular devido a um bloqueio no interior, nos estágios mais iniciais”.

O projeto da artéria deriva do interesse de Wang em pesquisa de longo prazo em novos materiais macios e flexíveis que são piezoelétricos (capazes de produzir uma carga elétrica a partir de estresse mecânico) e biocompatíveis (capazes de serem usados no corpo humano sem causar rejeição ou danos).

A equipe combinou nanopartículas de niobita piezocerâmica de potássio com um polímero de fluoreto de polivinilideno que é ferroelétrico, ou capaz de inverter a polaridade quando um campo elétrico é aplicado. Em seguida, eles imprimiram uma artéria tubular utilizando o material e uma impressora 3-D pronta para impressão. A impressora extrusa o material através de um forte campo elétrico próximo ao bico para polarizar as partículas cerâmicas, dando à estrutura sua propriedade piezoelétrica.

Li coloca a artéria artificial através de seus passos, prendendo-a a um sistema de coração artificial antes de simular bloqueios, pressão alta e outros problemas que enfrentam os vasos sanguíneos artificiais. O material autoalimentado foi capaz de detectar corretamente as mudanças de força e pressão dentro da artéria.

O próximo passo dos pesquisadores é otimizar a produção do novo composto ferroelétrico e o processo de impressão em 3-D. A equipe também quer encontrar maneiras de tornar a estrutura 3-D impressa ainda mais sensível, e planeja colaborar com pesquisadores no campo biomédico para testar a artéria com modelos ainda mais realistas do sistema circulatório.

Além disso, eles esperam utilizar o novo material para imprimir válvulas cardíacas artificiais. As válvulas cardíacas de substituição são tipicamente mecânicas ou retiradas de doadores humanos ou animais, e nenhuma incorpora o tipo de auto-monitoramento encontrado no material de Wang. A equipe, que inclui colaboradores da Escola de Medicina e Saúde Pública da UW-Madison e da Universidade Zhejiang na China, acredita que no futuro poderá ser possível usar o biomaterial ferroelétrico e a impressora 3-D para criar outros órgãos artificiais personalizados.

Enquanto os pesquisadores estão trabalhando em muitos outros tipos de vasos sanguíneos e órgãos artificiais, Wang acha que esta técnica tem algumas vantagens sobre as técnicas mais complicadas.

“Esta é uma tecnologia fácil e escalável”, diz ele. “Nosso novo material composto imprimível nos permite fazer uma estrutura tridimensional em uma única etapa que pode mostrar multi-funcionalidade logo após a fabricação”.

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