Se a fumaça indica um incêndio, o óxido nítrico sinaliza inflamação. O mediador químico promove a inflamação, mas os pesquisadores suspeitam que ele pode fazer seu trabalho muito bem após rupturas do ligamento cruzado anterior (LCA) e lesões relacionadas e iniciar a osteoartrite de início precoce. Normalmente, a doença degenerativa só é diagnosticada após sintomas progressivos, mas potencialmente pode ser identificada muito mais cedo por meio do monitoramento do óxido nítrico, de acordo com Huanyu "Larry" Cheng, James E. Henderson Jr. Memorial Professor Associado de Ciências da Engenharia e Mecânica da Penn State .
Cheng e seu aluno, Shangbin Liu, que obteve um mestrado em ciências de engenharia e mecânica na Penn State este ano, colaboraram com pesquisadores baseados na China para desenvolver um biossensor flexível capaz de detecção contínua e sem fio de óxido nítrico em coelhos. Eles publicaram sua abordagem nos Proceedings of the National Academy of Sciences .

"A avaliação em tempo real de biomarcadores associados à inflamação, como o óxido nítrico na cavidade articular, pode indicar a evolução patológica no desenvolvimento inicial da osteoartrite, fornecendo informações essenciais para otimizar as terapias após a lesão traumática do joelho", disse Cheng.

O desafio, segundo Cheng, é que a detecção de óxido nítrico requer sensores eletroquímicos altamente sensíveis e estáveis, que também sejam flexíveis e biocompatíveis para que as origens geográficas do óxido nítrico possam ser mapeadas com precisão. O autor correspondente Lan Yin, professor associado da Escola de Ciência e Engenharia de Materiais da Universidade de Tsinghua, na China, liderou anteriormente o desenvolvimento de um sensor eletroquímico flexível sensível ao óxido nítrico, mas contava com uma configuração de eletrodo que restringia suas capacidades.

"A área de superfície limitada tornou desafiador atingir simultaneamente alta sensibilidade e alta resolução espacial", disse Yin, o que significa que o dispositivo pode detectar o óxido nítrico, mas pode não ser capaz de identificar exatamente onde ele se originou, então não foi claro se o sinal estava relacionado ao local da lesão ou ao tecido circundante. "A recalibração também era necessária regularmente para garantir a precisão desejável."

Os pesquisadores se voltaram para a solução potencial de transistores eletroquímicos orgânicos flexíveis e biocompatíveis (OECTs), que podem usar tensão e correntes para identificar e amplificar sinais. Mesmo pequenas concentrações de íons são detectáveis ​​e amplificáveis, uma vez que oxidam no eletrodo de porta e conduzem os íons do eletrólito para o canal do dispositivo; no entanto, o canal é feito de um polímero, conhecido como PEDOT:PSS, que geralmente opera em uma voltagem de porta diferente do óxido nítrico.

“Ajustamos a geometria do canal e os materiais do portão para alinhar como os sinais eletroquímicos de óxido nítrico entram no canal e como o dispositivo os detecta, otimizando os recursos de detecção”, disse Cheng. "O sensor sem referência com uma região de detecção ativa miniaturizada permite a detecção de óxido nítrico com resolução espacial aprimorada em comparação com sensores de óxido nítrico eletroquímicos relatados anteriormente, o que poderia permitir o mapeamento de sinais eletroquímicos para oferecer informações de diagnóstico abrangentes".

Os pesquisadores integraram os sensores a um módulo de circuito personalizado, resultando em um dispositivo que monitora continuamente e sem fio os níveis de óxido nítrico, que são transmitidos via Bluetooth para um aplicativo de celular. Para testar o design, os pesquisadores implantaram os dispositivos em coelhos. Ao longo de oito dias, os pesquisadores descobriram que os dispositivos detectaram com sucesso as concentrações de óxido nítrico.

"Os resultados indicam que os primeiros sinais de altas concentrações de óxido nítrico podem estar correlacionados com inflamação e degeneração da cartilagem no estágio posterior, o que poderia oferecer informações essenciais para avaliar a progressão para osteoartrite após lesão do LCA e otimizar tratamentos pós-traumáticos", disse Cheng.

Os pesquisadores planejam continuar investigando a conexão entre as concentrações de óxido nítrico e osteoartrite e refinando a tecnologia de detecção, de acordo com Cheng.

“No geral, as opções de materiais propostas e o design do dispositivo podem oferecer uma base de engenharia crítica para decodificar as condições de saúde em um estágio inicial e maximizar os resultados terapêuticos da degeneração e distúrbios associados”, disse Yin. + Explorar mais

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