Novos Curativos Aprimorados por IA Prontos para Transformar o Tratamento de Feridas

Novos Curativos Aprimorados por IA Transforam o Tratamento de Feridas

6 de setembro de 2023 — Você se corta. Você coloca um curativo. Em uma semana ou algo assim, sua ferida cicatriza.

A maioria das pessoas considera essa rotina como algo garantido. Mas para os mais de 8,2 milhões de americanos que têm feridas crônicas, não é tão simples assim.

Lesões traumáticas, complicações pós-cirúrgicas, idade avançada e doenças crônicas como diabetes e doenças vasculares podem interromper o delicado processo de cicatrização, levando a feridas que duram meses ou anos.

Se não forem tratadas, cerca de 30% delas levam à amputação. E estudos recentes mostram que o risco de morrer de complicações de feridas crônicas dentro de 5 anos é tão alto quanto o da maioria dos cânceres.

No entanto, até recentemente, a tecnologia médica não havia acompanhado o que os especialistas dizem ser uma ameaça crescente para a saúde pública.

“O cuidado de feridas – mesmo com todos os bilhões de produtos que são vendidos – ainda é feito de maneira meio medieval”, disse Geoffrey Gurtner, MD, chefe do departamento de cirurgia e professor de engenharia biomédica da Faculdade de Medicina da Universidade do Arizona. “Ainda estamos aplicando cataplasmas e pomadas … e quando se trata de diagnosticar infecção, é realmente uma arte. Acho que podemos fazer melhor.”

Curativo Antigo Encontra a IA

Gurtner é um dos dezenas de clínicos e pesquisadores que estão reimaginando o humilde curativo – combinando ciência de materiais de ponta com inteligência artificial, ou IA, e dados do paciente para desenvolver “curativos inteligentes” que fazem muito mais do que proteger uma ferida.

Em breve, esses curativos ultrafinos incorporados com eletrônicos miniaturizados poderão monitorar o processo de cicatrização em tempo real, alertando o paciente – ou um médico – quando as coisas dão errado. Com o toque de um botão no smartphone, esse curativo pode fornecer remédios para combater uma infecção ou um pulso elétrico para estimular a cicatrização.

Alguns designs “em circuito fechado” não precisam de estímulo, em vez disso, monitoram a ferida e fornecem automaticamente o que ela precisa.

Outros em desenvolvimento poderiam interromper uma hemorragia em uma ferida de batalha ou iniciar a cicatrização em uma ferida de explosão, prevenindo deficiências a longo prazo.

As mesmas tecnologias poderiam – se o preço estiver certo – acelerar a cicatrização e reduzir cicatrizes em cortes e arranhões leves, disse Gurtner.

E ao contrário de muitas inovações médicas de ponta, esses curativos de próxima geração poderiam ser fabricados de forma relativamente barata e beneficiar algumas das populações mais vulneráveis, incluindo idosos, pessoas com baixa renda e aqueles em países em desenvolvimento.

Também poderiam economizar dinheiro no sistema de saúde, já que os EUA gastam mais de US$ 28 bilhões anualmente no tratamento de feridas crônicas.

“Esta é uma condição que muitos pacientes consideram vergonhosa e embaraçosa, então não houve muito apoio”, disse Gurtner, presidente do conselho da Sociedade de Cicatrização de Feridas. “É um problema relativamente ignorado que afeta uma população desassistida e tem um custo enorme. É uma tempestade perfeita.”

Como as Feridas Cicatrizam, ou Não

A cicatrização de feridas é um dos processos mais complexos do corpo humano.

Primeiro, as plaquetas correm para a lesão, fazendo com que o sangue coagule. Em seguida, células imunes emitem compostos chamados citocinas inflamatórias, ajudando a combater patógenos e manter a infecção afastada. Outros compostos, incluindo o óxido nítrico, estimulam o crescimento de novos vasos sanguíneos e colágeno para reconstruir a pele e o tecido conjuntivo. À medida que a inflamação diminui e para, a carne continua a se reformar.

Mas algumas condições podem interromper o processo, muitas vezes na fase inflamatória.

Em pessoas com diabetes, os níveis elevados de glicose e a má circulação tendem a sabotar o processo. E pessoas com danos nos nervos devido a lesões na medula espinhal, diabetes ou outras doenças podem não conseguir sentir quando uma ferida está piorando ou sendo reinjuriada.

“Acabamos com pacientes passando meses com feridas abertas que estão infeccionadas”, disse Roslyn Rivkah Isseroff, MD, professora de dermatologia da Universidade da Califórnia em Davis e chefe da clínica de cicatrização de feridas do Sistema de Saúde do Norte da Califórnia do VA. “Os pacientes ficam incomodados com o cheiro. Essas úlceras abertas colocam o paciente em risco de infecção sistêmica, como sepse.” Isso pode afetar a saúde mental, esgotando a capacidade do paciente de cuidar de sua ferida.

“Vemos eles uma vez por semana e os mandamos para casa dizendo para trocar o curativo todos os dias, e eles dizem: ‘Eu mal consigo me mover. Não consigo fazer isso'”, disse Isseroff.

Verificar infecção significa remover as bandagens e fazer uma cultura da ferida. Isso pode ser doloroso e os resultados levam tempo.

Muitas coisas podem acontecer em uma ferida em uma semana.

“Às vezes, eles retornam e é um desastre, e eles têm que ser internados na sala de emergência ou até mesmo ter uma amputação”, disse Gurtner.

Pessoas que não têm moradia fixa ou não têm acesso a cuidados de saúde são ainda mais vulneráveis a complicações.

“Se você tivesse a capacidade de dizer ‘algo ruim está acontecendo’, você poderia fazer muito para prevenir essa cascata e espiral descendente.”

Bandagens 2.0

Em 2019, a Agência de Projetos de Pesquisa Avançada de Defesa (DARPA) – o braço de pesquisa do Departamento de Defesa dos Estados Unidos – lançou o programa Bioelectronics for Tissue Regeneration (BETR) para incentivar os cientistas a desenvolverem uma bandagem “loop fechado” capaz de monitorar e acelerar a cicatrização.

Dezenas de milhões em financiamento deram início a um fluxo de inovação desde então.

“É uma espécie de corrida para o final”, disse Marco Rolandi, PhD, professor associado de engenharia elétrica e de computação na Universidade da Califórnia, em Santa Cruz, e investigador principal de uma equipe composta por engenheiros, médicos e cientistas da computação da UC Santa Cruz, UC Davis e Tufts. “Fiquei surpreso e impressionado com todo o trabalho que está surgindo.”

O objetivo de sua equipe é reduzir pela metade o tempo de cicatrização usando (a) monitoramento em tempo real de como a ferida está cicatrizando – usando indicadores como temperatura, nível de pH, oxigênio, umidade, glicose, atividade elétrica e certas proteínas, e (b) estimulação apropriada.

“Cada ferida é diferente, então não há uma solução única”, disse Isseroff, o líder clínico da equipe. “A ideia é que ela seja capaz de detectar diferentes parâmetros exclusivos da ferida, usar IA para descobrir em que estágio ela está e fornecer o estímulo correto para tirá-la desse estágio parado.”

A equipe desenvolveu um protótipo de prova de conceito: uma bandagem embutida com uma pequena câmera que tira fotos e as transmite para um algoritmo de computador para avaliar o progresso da ferida. Atuadores alimentados por bateria, ou motores, miniaturizados automaticamente fornecem medicamentos.

Os testes da fase I em roedores foram bem-sucedidos, disse Rolandi. A equipe está testando a bandagem em porcos agora.

Em todo o mundo, outros desenvolvimentos promissores estão em andamento.

Em um artigo científico publicado em maio, pesquisadores da Universidade de Glasgow, na Escócia, descreveram uma nova bandagem “ecologicamente correta e de baixo custo” embutida com diodos emissores de luz (LEDs) que usam luz ultravioleta para matar bactérias – sem necessidade de antibióticos. O tecido é costurado com uma bobina fina e flexível que alimenta as luzes sem bateria usando transferência de energia sem fio. Em estudos laboratoriais, ele erradicou bactérias gram-negativas (alguns dos piores germes) em 6 horas.

Também em maio, no jornal Bioactive Materials, uma equipe da Universidade Estadual da Pensilvânia descreveu uma bandagem com microagulhas injetoras de medicamentos que podem interromper o sangramento imediatamente após uma lesão. Em testes laboratoriais e animais, reduziu o tempo de coagulação de 11,5 minutos para 1,3 minutos e o sangramento em 90%.

“Com lesões hemorrágicas, muitas vezes é a perda de sangue – e não a própria lesão – que causa a morte”, disse o autor do estudo Amir Sheikhi, PhD, professor assistente de engenharia química e biomédica da Penn State. “Esses 10 minutos podem ser a diferença entre a vida e a morte.”

Outra bandagem inteligente, desenvolvida na Northwestern University, se dissolve inofensivamente – eletrodos e tudo – no corpo quando não é mais necessária, eliminando o que pode ser uma remoção dolorosa.

Guillermo Ameer, DSc, autor do estudo relatando a tecnologia na Science Advances, espera que ela possa ser produzida a baixo custo e usada em países em desenvolvimento.

“Gostaríamos de criar algo que você pudesse usar em sua casa, até mesmo em uma vila muito remota”, disse Ameer, professor de engenharia biomédica na Northwestern.

Cronograma para uso clínico

Esses são os primeiros dias da bandagem inteligente, dizem os cientistas. A maioria dos estudos foi feita em roedores e mais trabalho é necessário para desenvolver bandagens em escala humana, reduzir custos, resolver o armazenamento de dados a longo prazo e garantir que o material adere bem sem irritar a pele.

Mas Gurtner tem esperança de que alguma iteração possa ser usada na prática clínica dentro de alguns anos.

Em maio, ele e colegas da Universidade Stanford publicaram um artigo na Nature Biotechnology descrevendo sua bandagem inteligente. Ela inclui uma unidade microcontroladora, uma antena de rádio, biossensores e um estimulador elétrico todos fixados em um polímero flexível semelhante à pele (ou hidrogel) com espessura semelhante a uma única camada de tinta látex.

A compressa detecta mudanças na temperatura e na condutividade elétrica à medida que a ferida cicatriza. E ela fornece estimulação elétrica para acelerar a cicatrização.

Animais tratados com a compressa cicatrizaram 25% mais rápido, com 50% menos cicatrizes.

Correntes elétricas já são utilizadas para cicatrização de feridas na prática clínica, disse Gurtner. Como o estímulo já é aprovado e o custo para produzir a compressa pode ser baixo (apenas $10 a $50), ele acredita que ela poderia passar pelos processos de aprovação relativamente rapidamente.

“Isso é a personificação final de todos os recursos possíveis em uma compressa inteligente? Ainda não”, disse ele. “Mas nós acreditamos que isso irá ajudar as pessoas. E no momento, isso é o suficiente.”