Uma célula de combustível sob a pele que converte o açúcar do sangue do corpo em energia elétrica soa como ficção científica. No entanto, aparentemente funciona perfeitamente.
Por ETH Zurique com informações de Science Daily.
No diabetes tipo 1, o corpo não produz insulina. Isso significa que os pacientes precisam obter o hormônio externamente para regular seus níveis de açúcar no sangue. Hoje em dia, isso é feito principalmente por meio de bombas de insulina conectadas diretamente ao corpo. Esses dispositivos, bem como outras aplicações médicas, como marca-passos, exigem um suprimento de energia confiável, que atualmente é atendido principalmente por energia de baterias descartáveis ou recarregáveis.
Agora, uma equipe de pesquisadores liderada por Martin Fussenegger, do Departamento de Ciência e Engenharia de Biossistemas da ETH Zurich, em Basel, colocou em prática uma ideia aparentemente futurista. Eles desenvolveram uma célula de combustível implantável que usa o excesso de açúcar no sangue (glicose) do tecido para gerar energia elétrica. Os pesquisadores combinaram a célula de combustível com células beta artificiais desenvolvidas por seu grupo há vários anos. Estes produzem insulina com o toque de um botão e efetivamente reduzem os níveis de glicose no sangue, muito parecidos com seus modelos naturais no pâncreas.
“Muitas pessoas, especialmente nas nações ocidentais industrializadas, consomem mais carboidratos do que precisam na vida cotidiana”, explica Fussenegger. Isso, acrescenta ele, leva à obesidade, diabetes e doenças cardiovasculares. “Isso nos deu a ideia de usar esse excesso de energia metabólica para produzir eletricidade para alimentar dispositivos biomédicos”, diz ele.
Célula de combustível em formato de saquinho de chá
No coração da célula de combustível está um ânodo (eletrodo) feito de nanopartículas à base de cobre, que a equipe de Fussenegger criou especificamente para esta aplicação. Consiste em nanopartículas à base de cobre e divide a glicose em ácido glucônico e um próton para gerar eletricidade, que aciona um circuito elétrico.
Envolto em um tecido e revestido com alginato, um produto de algas aprovado para uso médico, a célula de combustível se assemelha a um pequeno saquinho de chá que pode ser implantado sob a pele. O alginato absorve o fluido corporal e permite que a glicose passe do tecido para a célula de combustível interna.
Uma rede de diabetes com sua própria fonte de alimentação
Em uma segunda etapa, os pesquisadores acoplaram a célula de combustível a uma cápsula contendo células beta artificiais. Estas podem ser estimuladas a produzir e secretar insulina usando corrente elétrica ou luz LED azul. Fussenegger e seus colegas já testaram essas células de design há algum tempo (ver ETH News, 8 de dezembro de 2016).
O sistema combina geração sustentada de energia e administração controlada de insulina. Assim que a célula de combustível registra o excesso de glicose, ela começa a gerar energia. Essa energia elétrica é então usada para estimular as células a produzir e liberar insulina no sangue. Como resultado, o açúcar no sangue cai para um nível normal. Uma vez que cai abaixo de um certo valor limite, a produção de eletricidade e insulina para.
A energia elétrica fornecida pela célula de combustível é suficiente não apenas para estimular as células do aparelho, mas também para permitir que o sistema implantado se comunique com dispositivos externos, como um smartphone. Isso permite que usuários em potencial ajustem o sistema por meio de um aplicativo correspondente. Um médico também pode acessá-lo remotamente e fazer ajustes. “O novo sistema regula autonomamente os níveis de insulina e glicose no sangue e pode ser usado para tratar diabetes no futuro”, diz Fussenegger.
Um caminho longo e incerto para a maturidade do mercado
O sistema existente é apenas um protótipo. Embora os pesquisadores tenham testado com sucesso em camundongos, eles não conseguiram transformá-lo em um produto comercializável. “Trazer tal dispositivo para o mercado está muito além de nossos recursos financeiros e humanos”, diz Fussenegger. Isso exigiria um parceiro da indústria com os recursos e know-how apropriados.
Fonte da história:
Materiais fornecidos pela ETH Zurich. Original escrito por Peter Rüegg.
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Referência do periódico :
Debasis Maity, Preetam Guha Ray, Peter Buchmann, Maysam Mansouri, Martin Fussenegger. Blood‐Glucose‐Powered Metabolic Fuel Cell for Self‐Sufficient Bioelectronics. Advanced Materials, 2023; DOI: 10.1002/adma.202300890
