Imagine enviar um robô para consertar uma lesão dentro do estômago de um paciente, administrar um medicamento ou ajudar no diagnóstico. Essa possibilidade não é exagerada, mas um grande problema que nos impede de usar pequenas máquinas e câmeras dentro do corpo humano para fins médicos é que não temos baterias para alimentá-los.
Isso pode mudar em breve. Uma equipe de pesquisadores da Universidade de Binghamton desenvolveu uma biobateria ingerível que pode alimentar equipamentos médicos implantados em partes “difíceis de alcançar” do intestino delgado.
O futuro está chegando – não contentes em simplesmente administrar pílulas ou outras formas regulares de remédios, os pesquisadores estão cada vez mais procurando maneiras mais hi-tech de combater doenças de dentro do corpo humano, ou apenas obter uma boa visão delas.
“Existem algumas regiões do intestino delgado que não são acessíveis, por isso câmeras ingeríveis foram desenvolvidas para solucionar esse problema. Eles podem fazer muitas coisas, como imagens e detecção física, até mesmo a administração de medicamentos”, disse Seokheun Choi, um dos autores do estudo e professor da Universidade de Binghamton, em um comunicado à imprensa. Mas não é uma tarefa fácil. “O problema é o poder. Até agora, os eletrônicos estão usando baterias primárias que têm um orçamento de energia finito e não podem funcionar a longo prazo”.
Os problemas com as fontes de energia existentes
As baterias convencionais são compostas de materiais como chumbo , cobalto, manganês, grafite e níquel. Esses materiais são prejudiciais à saúde humana e podem causar problemas que vão desde dores de estômago até danos ao fígado e rins. Portanto, mesmo que consigamos fabricar baterias potentes e pequenas para equipamentos médicos, sempre haverá riscos à saúde associados a elas. Seria muito melhor usar um tipo diferente de bateria não tóxica.
Outra ideia é usar energia sem fio. Muitos de nós carregamos nossos smartphones e vários outros dispositivos usando carregadores sem fio, então por que não podemos alimentar robôs de entrega de drogas da mesma maneira? Anteriormente, em 2018, uma equipe de pesquisadores do MIT desenvolveu um método para alimentar implantes de dispositivos no corpo humano usando ondas de radiofrequência. Surpreendentemente, essa abordagem permitiu que os pesquisadores controlassem e comunicassem os implantes sem o uso de baterias.
No entanto, a tecnologia de transmissão de energia sem fio ainda está em fase de desenvolvimento. Levará algum tempo até que os cientistas encontrem uma solução eficaz e viável para alimentar todos os tipos de aplicações médicas que deveriam funcionar dentro do corpo humano por períodos mais longos.
Como a biobateria é diferente?
A proposta de biobateria do outro lado é algo que pode ser implementado imediatamente porque usa o poder da natureza. É composto por esporos inativos da bactéria Bacillus subtilis que se tornam ativos assim que atingem o intestino delgado e começam a produzir pequenas quantidades de eletricidade .
Geralmente, B. subtilis funciona como um probiótico no corpo humano , pois suporta o crescimento de microorganismos amigáveis, como bactérias do ácido láctico, e previne a ocorrência de doenças transmitidas por alimentos. No entanto, o professor Choi e sua equipe os usam não como probióticos , mas como células de combustível microbianas. Os esporos inertes das bactérias como células de combustível são colocados dentro de uma caixa sensível ao pH, do tamanho de uma cápsula, e toda essa configuração pode funcionar como uma bateria para aplicações médicas ingeríveis.
Este material sensível ao pH mantém as células inativas enquanto a cápsula viaja da boca para o estômago e outras partes do corpo onde o pH é baixo. À medida que a cápsula atinge o intestino delgado, o material detecta o aumento do pH (6 a 7,4), e essa mudança no ambiente ativa os esporos dentro da cápsula.
Os esporos germinam e, à medida que as bactérias desempenham funções biológicas normais dentro da cápsula, como resultado da atividade microbiana dentro da cápsula, a eletricidade é produzida. Essa eletricidade pode ser usada para alimentar qualquer equipamento médico conectado.
“Como uma demonstração de prova de conceito em fluido intestinal estimulado, a cápsula de biobateria produz uma densidade de corrente de 470 µA cm −2 e uma densidade de potência de 98 µW cm −2 , garantindo sua eficácia prática como uma fonte de energia nova e única para aplicações ingeríveis no intestino delgado”, observam os pesquisadores
Atualmente, uma biobateria pode gerar 100 microwatts de energia por centímetro quadrado. Os pesquisadores planejam aumentar sua densidade de energia em 10 vezes para torná-lo viável para uso convencional. Embora a biobateria atual possa ser implantada apenas dentro do intestino delgado, os pesquisadores sugerem que biobaterias semelhantes também podem ser desenvolvidas no futuro para outras partes do corpo.
A melhor parte é que, ao contrário das baterias convencionais, não há risco à saúde ou limitações de energia associadas às baterias biológicas. Eles representam uma maneira completamente segura, natural e durável de alimentar dispositivos médicos dentro do corpo humano.
O estudo foi publicado na revista Advanced Energy Materials .
