Implante robótico blando habilitado por IA monitorea la cicatriz

Una investigación de la Universidad de Galway y el MIT es pionera en un dispositivo inteligente que detecta su entorno y se adapta para liberar fármacos según sea necesario, a pesar del tejido cicatricial circundante.

Universidad de Galway

Imagen: El profesor Garry Duffy y la Dra. Rachel Beatty muestran el implante robótico blando desarrollado por la Universidad de Galway y el MIT.ver más

Crédito: Martina Reagan

Equipos de investigación de la Universidad de Galway y el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) han detallado un avance en la tecnología de dispositivos médicos que podría conducir a un tratamiento inteligente, duradero y personalizado para los pacientes gracias a la robótica suave y la inteligencia artificial.

La asociación transatlántica ha creado un dispositivo implantable inteligente que puede administrar un fármaco (y al mismo tiempo detectar cuándo comienza a ser rechazado) y utilizar IA para cambiar la forma del dispositivo para mantener la dosis del fármaco y evitar simultáneamente la acumulación de tejido cicatricial.

El estudio fue publicado en la revista Science Robotics.

Las tecnologías de dispositivos médicos implantables ofrecen la promesa de desbloquear intervenciones terapéuticas avanzadas en la atención médica, como la liberación de insulina para tratar la diabetes, pero un problema importante que frena dichos dispositivos es la reacción del paciente ante un cuerpo extraño.

La Dra. Rachel Beatty, de la Universidad de Galway y coautora principal del estudio, explicó: “La tecnología que hemos desarrollado, mediante el uso de robótica suave, aumenta el potencial de los dispositivos implantables para permanecer en el cuerpo de un paciente durante períodos prolongados, proporcionando una acción terapéutica duradera. Imagine un implante terapéutico que también pueda detectar su entorno y responder según sea necesario utilizando IA; este enfoque podría generar cambios revolucionarios en la administración de fármacos implantables para una variedad de enfermedades crónicas”.

El equipo de investigación de la Universidad de Galway-MIT desarrolló originalmente dispositivos flexibles de primera generación, conocidos como implantes robóticos blandos, para mejorar la administración de fármacos y reducir la fibrosis. A pesar de ese éxito, el equipo considera que la tecnología es única, ya que no tiene en cuenta cómo reaccionan y responden de manera diferente los pacientes individuales, ni la naturaleza progresiva de la fibrosis, donde se acumula tejido cicatricial alrededor del dispositivo, encapsulándolo. , impidiendo y bloqueando su propósito, obligándolo finalmente a fracasar.

La última investigación, publicada hoy en Science Robotics, demuestra cómo han avanzado significativamente la tecnología, utilizando IA, haciéndola sensible al entorno del implante con el potencial de ser más duradera al defenderse contra el impulso natural del cuerpo de rechazar un cuerpo extraño.

El Dr. Beatty añadió:"Quería adaptar la administración de medicamentos a las personas, pero primero necesitaba crear un método para detectar la respuesta del cuerpo extraño".

El equipo de investigación implementó una técnica emergente para ayudar a reducir la formación de tejido cicatricial conocida como mecanoterapia, en la que implantes robóticos blandos realizan movimientos regulares en el cuerpo, como inflar y desinflar. Los movimientos sincronizados, repetitivos o variados ayudan a prevenir la formación de tejido cicatricial.

La clave de la tecnología avanzada del dispositivo implantable es una membrana porosa conductora que puede detectar cuando los poros están bloqueados por tejido cicatricial. Detecta los bloqueos a medida que las células y los materiales que producen las células bloquean las señales eléctricas que viajan a través de la membrana.

Los investigadores midieron la impedancia eléctrica y la formación de tejido cicatricial en la membrana y encontraron una correlación. También se desarrolló e implementó un algoritmo de aprendizaje automático para predecir el número y la fuerza de actuación necesarios para lograr una dosificación constante del fármaco, independientemente del nivel de fibrosis presente. Utilizando simulaciones por computadora, los investigadores también exploraron el potencial del dispositivo para liberar medicamentos a lo largo del tiempo con una cápsula fibrótica circundante de diferentes espesores.

La investigación demostró que cambiar la fuerza y ​​el número de veces que se obligaba al dispositivo a moverse o cambiar de forma permitía que el dispositivo liberara más fármaco, lo que ayudaba a evitar la acumulación de tejido cicatricial.

La profesora Ellen Roche, profesora de Ingeniería Mecánica en el MIT, dijo: "Si podemos sentir cómo responde el sistema inmunológico del individuo a un dispositivo terapéutico implantado y modificar el régimen de dosificación en consecuencia, podría tener un gran potencial en la administración personalizada y precisa de medicamentos, reduciendo los efectos no deseados y garantizando que se administre la cantidad correcta de medicamento". en el momento adecuado. El trabajo presentado aquí es un paso hacia ese objetivo”.

El profesor Garry Duffy, profesor de Anatomía y Medicina Regenerativa de la Universidad de Galway y autor principal del estudio, dijo: “El dispositivo encontró el mejor régimen para liberar una dosis constante, por sí solo, incluso cuando se simulaba una fibrosis significativa. Mostramos el peor de los casos: tejido cicatricial muy grueso y denso alrededor del dispositivo y lo solucionamos cambiando la forma en que bombea para administrar la medicación. Podríamos controlar con precisión la liberación del fármaco en un modelo computacional y en el banco utilizando robótica blanda, independientemente de la fibrosis significativa”.

El equipo de investigación cree que su avance en dispositivos médicos puede allanar el camino para implantes de circuito cerrado completamente independientes que no solo reducen la encapsulación fibrótica, sino que la detectan con el tiempo y ajustan inteligentemente su actividad de liberación de fármacos en respuesta.

El profesor Duffy añadió: “Esta es una nueva área de investigación que puede tener implicaciones en otros lugares y no se limita únicamente al tratamiento de la diabetes. Nuestro descubrimiento podría proporcionar una dosificación consistente y receptiva durante largos períodos, sin la participación del médico, mejorando la eficacia y reduciendo la necesidad de reemplazar el dispositivo debido a la fibrosis”.

La investigación fue financiada en parte por los Centros de Investigación de Materiales Avanzados e Investigación de BioIngeniería (AMBER) y Dispositivos Médicos (CÚRAM) de la Science Foundation Ireland, el marco Horizonte 2020 de la Unión Europea y el Departamento de Ingeniería Mecánica del MIT.

El estudio completo está disponible en Science Robotics en https://www.science.org/doi/10.1126/scirobotics.abq4821

Robótica científica

10.1126/scirobótica.abq4821

Adaptación autónoma mediada por robots blandos a la formación de cápsulas fibróticas para mejorar la administración de fármacos

30-ago-2023

Descargo de responsabilidad: AAAS y EurekAlert! ¡No somos responsables de la exactitud de los comunicados de prensa publicados en EurekAlert! por instituciones contribuyentes o para el uso de cualquier información a través del sistema EurekAlert.