Desenvolvimento de um sistema médico eletrônico biodegradável após a medição de informações neuroquímicas no cérebro


Uma equipe de pesquisa liderada pelo professor Zhang Dong-pyo, do Departamento de Engenharia Biomédica, desenvolveu um sistema médico eletrônico que é inserido profundamente no cérebro para medir informações neuroquímicas e depois se dissolve por conta própria. Espera-se que isso desempenhe um papel importante no futuro tratamento de doenças cerebrais relacionadas a neurotransmissores, como a doença de Parkinson. Este artigo foi reconhecido por sua excelência em pesquisa e apareceu na capa da edição de abril de “Advanced Materials (IF: 30.849)”, que apresenta a mais alta autoridade do mundo.


Capa da edição de abril da Advanced Materials
Capa da edição de abril da Advanced Materials


Entre os neurotransmissores secretados pelos neurônios no cérebro, a dopamina também é chamada de hormônio da felicidade porque está envolvida em emoções que aumentam a motivação, como motivação, prazer e realização. No entanto, se for excretado em excesso ou em quantidade insuficiente, pode causar diversas doenças e sintomas no cérebro. Em particular, a doença de Parkinson é uma doença degenerativa do cérebro que é acompanhada por tremores nas mãos e distúrbios da marcha, e ocorre quando a concentração de dopamina é insuficiente. O professor Dongpyo Jang, que vem pesquisando técnicas para medir neurotransmissores como a dopamina, desenvolveu um sistema médico eletrônico que se biodegrada 30 dias após a inserção no cérebro e mede a concentração de dopamina em tempo real com a equipe de pesquisa conjunta KU-KIST da Korea University


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Foto do “Laboratório de Engenharia Neural e Modulação (NEMO Lab)” liderado pelo Professor Dong Pyo Jang.


Enquanto isso, existem muitas técnicas para medir sinais elétricos na pesquisa de doenças cerebrais, mas nenhum circuito eletrônico feito de um material flexível que possa medir com precisão neurotransmissores químicos e analisar de forma abrangente vários indicadores fisiológicos no cérebro. Por outro lado, a tecnologia de medição desenvolvida pela equipe de pesquisa conjunta tem a vantagem de não apenas ser fácil de anexar aos órgãos inserindo-os suavemente no corpo, mas também por ser um componente biodegradável, funciona automaticamente. Dissolve-se e é absorvido através do processo de metabolismo do corpo.

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A equipe de pesquisa conjunta desenvolveu uma nova substância chamada “calcogeneto de metal de transição”, um estimulador de metal bidimensional para medir mudanças em tempo real na concentração de dopamina no cérebro. O dissulfeto de molibdênio (MoS2) e o dissulfeto de tungstênio (WS2) são usados ​​para ter alto potencial de superfície negativa e excelente reação química, que efetivamente converte as moléculas de dopamina do corpo em sinais elétricos. Além disso, por ter a propriedade de deterioração por processos metabólicos, é conveniente porque não requer cirurgia adicional para removê-lo após a medição.


A equipe de pesquisa criou um sistema de detecção combinando um estímulo 2D com uma nano-membrana de silicone, inserindo-o no cérebro de camundongos e, em seguida, monitorando sem fio as alterações na concentração de dopamina em tempo real por mais de 4 semanas, monitorando as alterações no pH/temperatura e sinais relacionados à atividade cerebral. E, ao mesmo tempo, ele conseguiu coletá-los.


Mudança em tempo real na concentração de dopamina inserida no cérebro do camundongo e monitoramento dos resultados dos sinais elétricos relacionados à atividade cerebral
Mudança em tempo real na concentração de dopamina inserida no cérebro do camundongo e monitoramento dos resultados dos sinais elétricos relacionados à atividade cerebral


O professor Jang disse: “Achei que seria bom ter um sistema que se degrada naturalmente in vivo depois de medi-lo por um certo período de tempo realizando experimentos com animais. Então, quatro anos atrás, na Sociedade de Biomateriais, conheci o professor Hwang Seok-won da KU-KIST Graduate School of Korea University, que está desenvolvendo dispositivos eletrônicos biodegradáveis. Propusemos uma pesquisa conjunta e começamos a pesquisa juntos.”


Este estudo pode ser usado de forma benéfica em vários campos, como monitorar a resposta do corpo após a injeção de drogas ou o processo de recuperação após a cirurgia de acidente vascular cerebral e potencializar o efeito terapêutico. No futuro, espera-se que outros neurotransmissores, como a serotonina, também sejam medidos e estendidos à pesquisa e tratamento de diversas doenças cerebrais, e aplicados a outros órgãos, como coração e rins.

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