PT117287B - INTELLIGENT BIOMIMETIC BIODEVICE AND ITS USE - Google Patents
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Abstract
A PRESENTE INVENÇÃO FAZ REFERÊNCIA A UM BIODISPOSITIVO BIOMIMÉTICO INTELIGENTE (18), O QUAL É CONFIGURADO PARA SE COMUNICAR E ATIVAR, POR MEIO DE ESTÍMULO ELÉTRICO E MAGNÉTICO, PARTÍCULAS INCORPORADAS EM MODELOS TRIDIMENSIONAIS (19) QUE APRESENTAM PROPRIEDADES QUE VARIAM DE ACORDO COM O USO PRETENDIDO. O REFERIDO BIODISPOSITIVO (18) É UTILIZADO NA PREVENÇÃO E NO TRATAMENTO DE DOENÇAS ASSOCIADAS AO SISTEMA ESQUELÉTICO, POR MEIO DA ATIVAÇÃO DAS PARTÍCULAS E DA LIBERTAÇÃO DOS AGENTES TERAPÊUTICOS. AINDA, É ÚTIL NO ACOMPANHAMENTO DA EVOLUÇÃO DO PROCESSO DE REGENERAÇÃO, PELA MONITORIZAÇÃO DE INDICADORES ESPECÍFICOS (TAIS COMO FORÇA, PH, OXIGÉNIO, TEMPERATURA E / OU BIOMARCADORES). A INVENÇÃO SURGE COMO UMA ALTERNATIVA TERAPÊUTICA PARA O TRATAMENTO DE ENFERMIDADES ASSOCIADAS À DEGENERAÇÃO ÓSSEA E, AINDA, RESOLVE OS PROBLEMAS REFERENTES À NECESSIDADE DE MONITORIZAÇÃO E / OU CONTROLO EM TEMPO REAL DO TRATAMENTO ESCOLHIDO PARA A ENFERMIDADE A SER TRATADA.THE PRESENT INVENTION REFERS TO AN INTELLIGENT BIOMIMETIC BIODEVICE (18), WHICH IS CONFIGURED TO COMMUNICATE AND ACTIVATE, THROUGH ELECTRICAL AND MAGNETIC STIMULUS, PARTICLES INCORPORATED IN THREE-DIMENSIONAL MODELS (19) WHICH PRESENT PROPERTIES THAT VARY ACCORDING TO THE USE INTENDED. THE REFERRED BIODEVICE (18) IS USED IN THE PREVENTION AND TREATMENT OF DISEASES ASSOCIATED WITH THE SKELETAL SYSTEM, THROUGH THE ACTIVATION OF PARTICLES AND THE RELEASE OF THERAPEUTIC AGENTS. ALSO, IT IS USEFUL IN FOLLOWING THE EVOLUTION OF THE REGENERATION PROCESS, BY MONITORING SPECIFIC INDICATORS (SUCH AS STRENGTH, PH, OXYGEN, TEMPERATURE AND/OR BIOMARKERS). THE INVENTION ARISES AS A THERAPEUTIC ALTERNATIVE FOR THE TREATMENT OF DISEASES ASSOCIATED WITH BONE DEGENERATION AND, FURTHER, SOLVES THE PROBLEMS REGARDING THE NEED FOR MONITORING AND/OR CONTROL IN REAL TIME OF THE TREATMENT CHOSEN FOR THE DISEASE TO BE TREATED.
Description
DESCRIÇÃODESCRIPTION
BIODISPOSITIVO BIOMIMÉTICO INTELIGENTEINTELLIGENT BIOMIMETIC BIODEVICE
DOMÍNIO TÉCNICOTECHNICAL FIELD
A invenção diz respeito a um biodispositivo biomimético inteligente o qual é capaz de se comunicar e ativar partículas incorporadas em modelos tridimensionais por meio de estímulo elétrico e magnético, com o objetivo de prevenir e tratar doenças do sistema esquelético, bem como monitorizar o tratamento da doença em questão.The invention concerns an intelligent biomimetic biodevice which is able to communicate with and activate particles incorporated in three-dimensional models through electrical and magnetic stimulation, with the aim of preventing and treating diseases of the skeletal system, as well as monitoring the treatment of the disease. in question.
TÉCNICA ANTERIORPRIOR TECHNIQUE
Os defeitos ósseos causam redução da qualidade de vida e podem ser decorrentes de inúmeros fatores, tais como traumas, doenças degenerativas, doenças oncológicas, processo natural de envelhecimento ou obesidade.Bone defects cause a reduction in quality of life and may result from numerous factors, such as trauma, degenerative diseases, oncological diseases, the natural aging process or obesity.
Diversos dispositivos comercialmente disponíveis ajudam a colmatar as doenças associadas à degeneração óssea, porém, muitas vezes, causam efeitos adversos que podem prolongar o tratamento, levando ao aumento de custos para o sistema de saúde em questão.Several commercially available devices help to overcome the diseases associated with bone degeneration, but often cause adverse effects that can prolong treatment, leading to increased costs for the health system in question.
Esta situação pode ser minimizada através da utilização de um substituto ósseo com propriedades biomiméticas que acompanhe o processo de regeneração, bem como com um método que permite monitorizar o tratamento, controlando assim o possível desencadeamento de um processo inflamatório e/ou rejeição do referido substituto, o qual levaria a uma nova intervenção cirúrgica e efeitos adversos para os pacientes.This situation can be minimized through the use of a bone substitute with biomimetic properties that accompanies the regeneration process, as well as with a method that allows monitoring of the treatment, thus controlling the possible triggering of an inflammatory process and/or rejection of the referred substitute, which would lead to a new surgical intervention and adverse effects for patients.
A implementação de monitorização no biodispositivoThe implementation of monitoring in the biodevice
- 2 permite a realização de um tratamento personalizado, pois a tipologia de enfermidade, a idade, o sexo, são alguns dos fatores que influenciam o processo regenerativo.- 2 allows for a personalized treatment, as the type of illness, age, sex are some of the factors that influence the regenerative process.
Diante do contexto acima mencionado, estudos têm sido desenvolvidos com o objetivo de elaborar tecnologias alternativas que podem ser úteis no tratamento de doenças associadas à degeneração óssea, bem como a necessidade de monitorização e / ou controlo em tempo real do tratamento escolhido para a enfermidade a ser tratada.Given the aforementioned context, studies have been developed with the aim of developing alternative technologies that may be useful in the treatment of diseases associated with bone degeneration, as well as the need for real-time monitoring and / or control of the treatment chosen for the disease to be be treated.
Sensores implantáveis para a deteção de sinais que indicam mudanças no tecido ósseo já são conhecidos do estado da técnica.Implantable sensors for detecting signals that indicate changes in bone tissue are already known from the state of the art.
A tecnologia descrita no US 2007/0238992 Ά1 faz uso de sensores acústicos ou de impedância para acompanhar a integridade do tecido ósseo após um procedimento cirúrgico e, assim, auxiliar o médico na determinação do tratamento e terapia física mais adequados.The technology described in US 2007/0238992 Ά1 makes use of acoustic or impedance sensors to monitor the integrity of the bone tissue after a surgical procedure and, thus, assist the physician in determining the most appropriate treatment and physical therapy.
Já no documento de anterioridade US 8,016,859 B2, sensores de pressão são implantados no espaço intradiscal da coluna vertebral e geram sinais, caso seja detetada uma força compressiva acima de um limiar pré-determinado.In the previous document US 8,016,859 B2, pressure sensors are implanted in the intradiscal space of the spine and generate signals if a compressive force above a predetermined threshold is detected.
Os documentos de anterioridade CN 101287408 A e EP 2 510 873 Bl, por sua vez, descrevem sensores ultrassónicos úteis na determinação de parâmetros biométricos, tais como força de tensão e posição relativa.Priority documents CN 101287408 A and EP 2 510 873 Bl, in turn, describe ultrasonic sensors useful in determining biometric parameters, such as tension force and relative position.
É também conhecida da técnica a integração entre sensores e dispositivos médicos, com o objetivo de auxiliar o tratamento médico.It is also known in the art to integrate sensors and medical devices, with the aim of assisting medical treatment.
No documento CN 105943145 B, um dispositivo hidráulico ou mecânico implantável, que está aplicado num osso, é ajustado a partir da deteção de parâmetros físicos do paciente ou parâmetros funcionais do próprio dispositivo, através de sensores. No US 2013/0138017 Al, um dispositivoIn document CN 105943145 B, an implantable hydraulic or mechanical device, which is applied to a bone, is adjusted from the detection of physical parameters of the patient or functional parameters of the device itself, through sensors. In US 2013/0138017 Al, a device
- 3 para a distração óssea recebe forças incrementais guiadas para ajustar a taxa de distração óssea com base na resposta recebida por sensores.- 3 for bone distraction receives guided incremental forces to adjust the rate of bone distraction based on the response received by sensors.
Já a patente US 7,932,825 B2 descreve a integração de um sensor num implante médico interativo, que permite que o médico tenha acesso ao banco de dados do paciente, incluindo o seu histórico médico, tratamento ao qual o paciente foi submetido e histórico do dispositivo implantado.US patent 7,932,825 B2 already describes the integration of a sensor into an interactive medical implant, which allows the doctor to have access to the patient's database, including his medical history, treatment to which the patient was submitted and history of the implanted device.
De forma diferente, a presente invenção provê um biodispositivo biomimético inteligente que é capaz de se comunicar e ativar, por meio de estímulo elétrico e magnético, partículas incorporadas em modelos tridimensionais, promovendo um tratamento personalizado.Differently, the present invention provides an intelligent biomimetic biodevice that is able to communicate and activate, through electric and magnetic stimulation, particles incorporated into three-dimensional models, promoting a personalized treatment.
Durante um processo de doença ou regeneração de tecido ósseo, diversas atividades celulares são desencadeadas. Estas são uma ferramenta importante que podem ser analisadas em tempo real através do biodispositivo.During a process of disease or regeneration of bone tissue, several cellular activities are triggered. These are an important tool that can be analyzed in real time through the biodevice.
A presente invenção propõe a monitorização das propriedades mecânicas, do metabolismo e dos níveis de perfusão vascular dos tecidos para tratar a doença e/ou avaliar o tratamento escolhido.The present invention proposes to monitor the mechanical properties, metabolism and vascular tissue perfusion levels to treat the disease and/or evaluate the chosen treatment.
Embora ondas magnéticas já tenham sido utilizadas para atuar no funcionamento de um dispositivo implantável, tal como descrito em US 6,839,596 B e US 7,024,249 B2, a tecnologia proposta na presente invenção difere dos referidos documentos pelo facto de proporcionar uma monitorização em tempo real da doença a ser tratada por meio da deteção eficaz de biomarcadores, bem como o controlo dinâmico da terapia utilizada.Although magnetic waves have already been used to act on the operation of an implantable device, as described in US 6,839,596 B and US 7,024,249 B2, the technology proposed in the present invention differs from said documents in that it provides real-time monitoring of the disease to be treated through the effective detection of biomarkers, as well as the dynamic control of the therapy used.
As partículas utilizadas na presente invenção também são biomiméticas e magnéticas e ainda compreendem agentes antimicrobianos e terapêuticos adequados ao usoThe particles used in the present invention are also biomimetic and magnetic and further comprise antimicrobial and therapeutic agents suitable for use
- 4 pretendido, podendo este uso ser para a prevenção e o tratamento de doenças associadas ao sistema esquelético ou a monitorização do tratamento para comprovar a sua eficácia.- 4 intended, this use may be for the prevention and treatment of diseases associated with the skeletal system or monitoring the treatment to prove its effectiveness.
artigo Bio-inspired polymeric iron-doped hydroxyapatite microspheres as a tunable carrier of rhBMP2 mostra a capacidade de microesferas superparamagnéticas com composição semelhante ao osso em captar e distribuir proteina-2 morfogenética óssea humana recombinante (rhBMP2) em doses terapeuticamente relevantes, além das suas propriedades osteogénicas, as quais podem ser observadas pela presença de três doadores de células mesenquimais humanas.The article Bio-inspired polymeric iron-doped hydroxyapatite microspheres as a tunable carrier of rhBMP2 shows the ability of superparamagnetic microspheres with bone-like composition to capture and deliver recombinant human bone morphogenetic protein-2 (rhBMP2) at therapeutically relevant doses, in addition to its properties osteogenic lesions, which can be observed by the presence of three donors of human mesenchymal cells.
No artigo Superparamagnetic hybrid microspheres affecting osteoblasts behaviour, o estudo realizado mostra que, na presença de iões de cálcio e ferro oriundos de microesferas híbridas numa cultura que mimetiza o ambiente fisiológico, os osteoblastos apresentam viabilidade e diferenciação celular.In the article Superparamagnetic hybrid microspheres affecting osteoblasts behavior, the study shows that, in the presence of calcium and iron ions from hybrid microspheres in a culture that mimics the physiological environment, osteoblasts present cell viability and differentiation.
artigo New bioactive bone-like microspheres with intrinsic magnetic properties obtained by bio-inspired mineralisation process apresenta o processo de obtenção de partículas magnéticas híbridas por biomineralização seguida de emulsificação e estabilização hidrotérmica.The article New bioactive bone-like microspheres with intrinsic magnetic properties obtained by bio-inspired mineralization process presents the process of obtaining hybrid magnetic particles by biomineralization followed by emulsification and hydrothermal stabilization.
Nesse contexto, a presente invenção surge como uma alternativa terapêutica para o tratamento de enfermidades associadas à degeneração óssea.In this context, the present invention appears as a therapeutic alternative for the treatment of diseases associated with bone degeneration.
PROBLEMAS DA TÉCNICA ANTERIORPRIOR ART PROBLEMS
A maior parte dos estudos e publicações referentes a biodispositivos ensinam dispositivos implantáveis utilizados para a deteção de sinais biométricos ou analitosalvo. No caso dos analitos, o biodispositivo liga-se ouMost of the studies and publications referring to biodevices teach implantable devices used for the detection of biometric signals or target analytes. In the case of analytes, the biodevice binds or
- 5 interage com os mesmos e um elemento detetor transforma o sinal resultante da interação num outro tipo de sinal que pode ser medido e quantificado.- 5 interact with them and a detector element transforms the signal resulting from the interaction into another type of signal that can be measured and quantified.
Dessa forma, diante da necessidade de desenvolver novas alternativas terapêuticas para tratar enfermidades associadas à degeneração óssea e, ao mesmo tempo, resolver os problemas referentes à necessidade de monitorização e / ou controlo em tempo real do tratamento escolhido, a presente invenção fornece um biodispositivo que é capaz de se comunicar e ativar partículas incorporadas em modelos tridimensionais por meio de estímulo elétrico e magnético.Thus, in view of the need to develop new therapeutic alternatives to treat diseases associated with bone degeneration and, at the same time, solve the problems related to the need for real-time monitoring and/or control of the chosen treatment, the present invention provides a biodevice that is capable of communicating with and activating particles embedded in three-dimensional models through electrical and magnetic stimulation.
Suas propriedades de flexibilidade, estabilidade térmica, permeabilidade, repelência à água, transparência e conforto, associadas ao facto de ser de remoção fácil e indolor e apresentar boa adesão à pele, tornam o biodispositivo da presente invenção a escolha mais indicada nos casos em que se pretende um acompanhamento da doença e do processo regenerativo de forma contínua e personalizada.Its flexibility, thermal stability, permeability, water repellency, transparency and comfort properties, associated with the fact that it is easy and painless to remove and presents good adhesion to the skin, make the biodevice of the present invention the most indicated choice in cases where aims to monitor the disease and the regenerative process in a continuous and personalized way.
RESUMO DA INVENÇÃOSUMMARY OF THE INVENTION
A presente invenção diz respeito, num primeiro aspeto, a um biodispositivo biomimético inteligente, o qual é configurado para se comunicar e ativar, por meio de estímulo elétrico e magnético, partículas incorporadas em modelos tridimensionais, o qual compreende:The present invention concerns, in a first aspect, an intelligent biomimetic biodevice, which is configured to communicate and activate, by means of electric and magnetic stimulation, particles incorporated in three-dimensional models, which comprises:
a) uma superfície biomimética inteligente compreendendo transdutores, sensores e elétrodo de estimulação elétrica;a) an intelligent biomimetic surface comprising transducers, sensors and electrical stimulation electrode;
b) um subsistema de estimulação magnética compreendendo pelo menos duas bobinas de estimulação magnética;b) a magnetic stimulation subsystem comprising at least two magnetic stimulation coils;
c) um subsistema de amplificação de sinais, compreendendo um módulo de amplificação de sinais dos sensores, um módulo de comunicação RFID e um módulo de comunicação WI-FI / BLUETOOTH; ec) a signal amplification subsystem, comprising a sensor signal amplification module, an RFID communication module and a WI-FI / BLUETOOTH communication module; It is
d) um subsistema de eletrónica funcional compreendendo um módulo de processamento dos transdutores da superfície biomimética inteligente; um módulo de alimentação e uma unidade central de processamento.d) a functional electronics subsystem comprising an intelligent biomimetic surface transducer processing module; a power module and a central processing unit.
biodispositivo é utilizado no acompanhamento da evolução do processo de regeneração, pela monitorização de indicadores específicos (tais como força, pH, oxigénio, temperatura e/ou biomarcadores).biodevice is used to monitor the evolution of the regeneration process, by monitoring specific indicators (such as strength, pH, oxygen, temperature and/or biomarkers).
SOLUÇÃO DO PROBLEMASOLUTION OF THE PROBLEM
A presente invenção soluciona inúmeros problemas do estado da técnica relacionados ao uso de dispositivos médicos para o tratamento de doenças associadas à degeneração óssea.The present invention solves numerous problems of the state of the art related to the use of medical devices for the treatment of diseases associated with bone degeneration.
Um primeiro ponto diz respeito aos processos de inflamação e rejeição decorrentes do uso de substitutos ósseos, os quais, devido às suas características, não levam em consideração as especificidades do paciente para oferecer um tratamento personalizado. Na presente invenção, tanto o biodispositivo quanto as partículas mimetizam os tecidos nativos.A first point concerns the processes of inflammation and rejection resulting from the use of bone substitutes, which, due to their characteristics, do not take into account the specificities of the patient to offer a personalized treatment. In the present invention, both the biodevice and the particles mimic native tissues.
biodispositivo é colocado na pele e apresenta uma superfície que facilita a comunicação com as partículas, as quais são incorporadas em diferentes modelos tridimensionais e, assim, facilitam o método de implantação e melhoram a vascularização.The biodevice is placed on the skin and has a surface that facilitates communication with the particles, which are incorporated into different three-dimensional models, thus facilitating the implantation method and improving vascularization.
As suas propriedades de flexibilidade,Its properties of flexibility,
- 7 estabilidade térmica, permeabilidade, repelência à água, transparência e conforto, associadas ao facto de ser de remoção fácil e indolor e apresentar boa adesão à pele, tornam o biodispositivo da presente invenção a escolha mais indicada nos casos em que se pretende um acompanhamento da doença e do processo regenerativo de forma contínua e personalizada.- 7 thermal stability, permeability, water repellency, transparency and comfort, associated with the fact that it is easy and painless to remove and presents good adhesion to the skin, make the biodevice of the present invention the most indicated choice in cases where a follow-up is required of the disease and the regenerative process in a continuous and personalized way.
Devido às suas inúmeras propriedades, a invenção contribui com uma alternativa eficaz e inovadora para a prevenção e o tratamento da degeneração óssea por meio da ativação das partículas e da libertação dos agentes terapêuticos, bem como o acompanhamento da evolução do processo de regeneração, por meio da monitorização em tempo real de indicadores específicos, selecionados como força, pH, oxigénio, temperatura e / ou biomarcadores.Due to its numerous properties, the invention contributes with an effective and innovative alternative for the prevention and treatment of bone degeneration through the activation of particles and the release of therapeutic agents, as well as the monitoring of the evolution of the regeneration process, through from real-time monitoring of specific indicators, selected as strength, pH, oxygen, temperature and / or biomarkers.
EFEITOS VANTAJOSOS DA INVENÇÃOADVANTAGEOUS EFFECTS OF THE INVENTION
A principal vantagem do biodispositivo biomimético inteligente descrito na presente invenção está associada à capacidade de interagir, por meio de estímulo elétrico e magnético, com as partículas incorporadas em modelos tridimensionais (tais como modelos injetáveis, hidrogéis e / ou scaffolds), assim, desencadeando a atividade celular e ativando o referido modelo tridimensional de forma simbiótica.The main advantage of the intelligent biomimetic biodevice described in the present invention is associated with the ability to interact, through electrical and magnetic stimulation, with particles incorporated into three-dimensional models (such as injectable models, hydrogels and/or scaffolds), thus triggering the cellular activity and activating said three-dimensional model in a symbiotic way.
Ά partir desta interação, as referidas partículas são ativadas de acordo com a finalidade desejada, ou seja, pela libertação de agentes terapêuticos para prevenir ou tratar a degeneração óssea ou, ainda, monitorizar e / ou controlar o tratamento em tempo real e de forma personalizada por meio da deteção de indicadores específicos, selecionados como força, pH, oxigénio, temperatura e / ou biomarcadores,Ά from this interaction, said particles are activated according to the desired purpose, i.e. by releasing therapeutic agents to prevent or treat bone degeneration or even monitor and/or control treatment in real time and in a personalized way through the detection of specific indicators, selected as strength, pH, oxygen, temperature and / or biomarkers,
- 8 os quais demonstram a evolução do processo de regeneração ou o aparecimento de processo inflamatório. Assim, o biodispositivo permitirá adequar os parâmetros de estímulo elétrico ou magnético de forma a melhorar a terapêutica.- 8 which demonstrate the evolution of the regeneration process or the appearance of an inflammatory process. Thus, the biodevice will allow adjusting the electrical or magnetic stimulus parameters in order to improve the therapy.
BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURASBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
Com o propósito de promover um entendimento dos princípios de acordo com as modalidades da presente invenção, será efetuada referência às modalidades ilustradas nas figuras e à linguagem empregue para descrevê-las.For the purpose of promoting an understanding of the principles in accordance with embodiments of the present invention, reference will be made to the embodiments illustrated in the figures and to the language employed to describe them.
Deve ser também entendido que não há intenção de limitar o âmbito da invenção ao conteúdo das figuras e que modificações das características inventivas aqui ilustradas, bem como aplicações adicionais dos princípios e modos de realização ilustrados, os quais ocorreriam normalmente para um perito na especialidade tendo a posse desta descrição, estão considerados no âmbito da invenção ora reivindicada.It should also be understood that there is no intention of limiting the scope of the invention to the contents of the figures and that modifications of the inventive features illustrated herein, as well as additional applications of the illustrated principles and embodiments, which would normally occur to a person skilled in the art having the possession of this description, are considered within the scope of the invention claimed herein.
Figura 1 - ilustra uma vista superior em perspetiva do biodispositivo biomimético inteligente da presente invenção e os diferentes subsistemas que o constituem.Figure 1 - illustrates a top view in perspective of the intelligent biomimetic biodevice of the present invention and the different subsystems that constitute it.
Figura 2Ά - ilustra uma vista inferior do biodispositivo biomimético inteligente da presente invenção, nomeadamente, a superfície biomimética inteligente, seus sensores e o elétrodo de estimulação elétrica.Figure 2Ά - illustrates a bottom view of the intelligent biomimetic biodevice of the present invention, namely, the intelligent biomimetic surface, its sensors and the electrical stimulation electrode.
Figura 2B - ilustra uma vista inferior do biodispositivo biomimético inteligente da presente invenção, nomeadamente, os diferentes componentes que constituem os subsistemas de estimulação magnética, deFigure 2B - illustrates a bottom view of the intelligent biomimetic biodevice of the present invention, namely, the different components that constitute the subsystems of magnetic stimulation, of
- 9 amplificação de sinais e de eletrónica funcional.- 9 signal amplification and functional electronics.
Figura 3 - ilustra o biodispositivo desta invenção incorporado na pele e o modelo tridimensional, com o qual ele se comunica e ativa, incorporado no osso.Figure 3 - illustrates the biodevice of this invention incorporated into the skin and the three-dimensional model, with which it communicates and activates, incorporated into the bone.
DESCRIÇÃO DOS MODOS DE REALIZAÇÃODESCRIPTION OF THE METHODS OF IMPLEMENTATION
A presente invenção faz referência a um biodispositivo biomimético inteligente (18), o qual é configurado para se comunicar e ativar, por meio de estimulo elétrico e magnético, partículas incorporadas em modelos tridimensionais (19).The present invention refers to an intelligent biomimetic biodevice (18), which is configured to communicate and activate, through electrical and magnetic stimulation, particles incorporated in three-dimensional models (19).
As partículas também são biomiméticas e magnéticas e ainda compreendem agentes antimicrobianos e terapêuticos, cujas propriedades variam de acordo com o uso pretendido.The particles are also biomimetic and magnetic and further comprise antimicrobial and therapeutic agents, whose properties vary according to the intended use.
biodispositivo biomimético inteligente (18) da invenção compreende:Intelligent biomimetic biodevice (18) of the invention comprises:
a) uma superfície biomimética inteligente (1) compreendendo transdutores, sensores (5, 6, 7, 8, 9) e o elétrodo de estimulação elétrica (10);a) an intelligent biomimetic surface (1) comprising transducers, sensors (5, 6, 7, 8, 9) and the electrical stimulation electrode (10);
b) um subsistema de estimulação magnética (2) compreendendo pelo menos duas bobinas de estimulação magnética (15);b) a magnetic stimulation subsystem (2) comprising at least two magnetic stimulation coils (15);
c) um subsistema de amplificação de sinais (3) compreendendo um módulo de amplificação de sinais (13) dos sensores (5, 6, 7, 8, 9), um módulo de comunicação RFID (16) e um módulo de comunicação WI-FI / BLUETOOTH (17); ec) a signal amplification subsystem (3) comprising a signal amplification module (13) of the sensors (5, 6, 7, 8, 9), an RFID communication module (16) and a WI-communication module FI / BLUETOOTH (17); It is
d) um subsistema de eletrónica funcional (4) compreendendo um módulo de processamento dos transdutores (11) da superfície biomimética inteligented) a functional electronics subsystem (4) comprising a module for processing the transducers (11) of the intelligent biomimetic surface
- 10 (1); um módulo de alimentação (14) e uma unidade central de processamento (12).- 10 (1); a power module (14) and a central processing unit (12).
O biodispositivo biomimético inteligente (18) da presente invenção é construído a partir de materiais biocompatíveis, permeáveis e flexíveis por meio de tecnologias de fabricação aditiva e/ou impressão a jato de tinta.The intelligent biomimetic biodevice (18) of the present invention is constructed from biocompatible, permeable and flexible materials through additive manufacturing technologies and/or inkjet printing.
Como a pele é suscetível a fatores externos ao corpo (tais como os movimentos do corpo), o biodispositivo biomimético inteligente (18) da invenção apresenta um módulo de young com tensão que varia de 4.6 MPa a 20 MPa, sendo este adequado às propriedades da pele.As the skin is susceptible to factors external to the body (such as body movements), the intelligent biomimetic biodevice (18) of the invention has a young modulus with tension ranging from 4.6 MPa to 20 MPa, which is suitable for the properties of the skin. skin.
No modo de realização da presente invenção, a superfície biomimética inteligente (1) é responsável por reconhecer os analitos e a qual é composta por materiais biocompatíveis naturais ou sintéticos.In the embodiment of the present invention, the intelligent biomimetic surface (1) is responsible for recognizing the analytes and which is composed of natural or synthetic biocompatible materials.
Os referidos materiais biocompatíveis naturais são selecionados de um ou mais a partir do grupo que consiste em colagénio, gelatina, péptidos recombinantes, entre outros.Said natural biocompatible materials are selected from one or more from the group consisting of collagen, gelatin, recombinant peptides, among others.
Os referidos materiais biocompatíveis sintéticos são selecionados de um ou mais a partir do grupo que consiste em policaprolactona, poli ácido láctico, poli ácido láctico e glicólico, entre outros.Said synthetic biocompatible materials are selected from one or more from the group consisting of polycaprolactone, polylactic acid, polylactic and glycolic acid, among others.
Uma vez que precisa aderir à pele e se comunicar com as partículas do modelo tridimensional (19), o material deve permitir o desenvolvimento de uma geometria que apresente baixa rugosidade, estabilidade térmica e elasticidade.Since it needs to adhere to the skin and communicate with the particles of the three-dimensional model (19), the material must allow the development of a geometry that presents low roughness, thermal stability and elasticity.
Nesse sentido, a superfície biomimética inteligente (1) apresenta uma geometria biomimética de microagulhas e/ou uma geometria biomimética em forma de membranas ou ventosas, que mimetizam a superfície dos tentáculos de polvo ou as mãos de répteis, para permitir aIn this sense, the smart biomimetic surface (1) features a biomimetic geometry of microneedles and/or a biomimetic geometry in the form of membranes or suction cups, which mimic the surface of octopus tentacles or reptile hands, to allow the
- 11 recolha adequada de informação proveniente do tecido ósseo. Esta ainda compreende enzimas ou anticorpos os quais identificam os analitos e permitem a recolha de informação do local da implantação.- 11 appropriate collection of information from bone tissue. This still comprises enzymes or antibodies which identify the analytes and allow the collection of information from the implantation site.
A elasticidade é adequada às propriedades da pele e a superfície biomimética inteligente (1) deteta as informações do tecido lesionado capazes de demonstrar a evolução do processo de regeneração óssea e analisar o processo inflamatório.The elasticity is suited to the properties of the skin and the intelligent biomimetic surface (1) detects information from the injured tissue capable of demonstrating the evolution of the bone regeneration process and analyzing the inflammatory process.
Num modo de realização preferido da presente invenção, a enzima é uma enzima metaloproteinase ou os anticorpos são selecionados de um ou mais de osteonectina, osteocalcina, fosfatase alcalina, marcador de autofagia (LC3B) ou interleucina-6 (IL-6), entre outros.In a preferred embodiment of the present invention, the enzyme is a metalloproteinase enzyme or the antibodies are selected from one or more of osteonectin, osteocalcin, alkaline phosphatase, autophagy marker (LC3B) or interleukin-6 (IL-6), among others .
Alguns analitos provenientes do tecido ósseo e que podem ser utilizados como indicadores de tratamento são as proteínas selecionadas, como colagénio, fosfatase alcalina, osteocalcina e fosfato de cálcio.Some analytes from bone tissue that can be used as treatment indicators are selected proteins, such as collagen, alkaline phosphatase, osteocalcin and calcium phosphate.
Como indicadores de inflamação, são observadas a expressão de IL-6, o pH, a temperatura, a oxigenação e a força.As indicators of inflammation, IL-6 expression, pH, temperature, oxygenation and strength are observed.
A superfície biomimética inteligente (1) ainda traduz a informação recolhida em sinais, por meio de sensores (5, 6, 7, 8, 9) que podem ser selecionados de um ou mais a partir do grupo que consiste em sensores eletroquímicos (5, 6), piezoresistivos (piezoelétricos ou capacitivos) (7), sensores de campo elétrico (8) e sensores que se baseiam no princípio de fotopletismografia (9), ou uma combinação dos mesmos.The smart biomimetic surface (1) further translates the gathered information into signals, via sensors (5, 6, 7, 8, 9) that can be selected from one or more from the group consisting of electrochemical sensors (5, 6), piezoresistive (piezoelectric or capacitive) (7), electric field sensors (8) and sensors based on the principle of photoplethysmography (9), or a combination thereof.
Os sensores eletroquímicos (5, 6) apresentam mecanismos de potenciometria e/ou amperometria e/ou voltametria e/ou transístor de biosensor de efeito de campo (em inglês, biosensor field-effect transístor - Bio-FET), osElectrochemical sensors (5, 6) have mechanisms of potentiometry and/or amperometry and/or voltammetry and/or biosensor field-effect transistor (in English, biosensor field-effect transistor - Bio-FET), the
- 12 quais possibilitam a avaliação de biomarcadores e/ou iões que indicam a evolução do processo de doença ou de regeneração.- 12 which allow the evaluation of biomarkers and/or ions that indicate the evolution of the disease or regeneration process.
Os referidos sensores eletroquimicos (5, 6) utilizam a tecnologia de transístor de efeito de campo sensível a iões (em inglês, ion-sensitive field-effect transístor - ISFET) que permitem a medição de concentração de iões, como o H+, possibilitando a avaliação do pH.Said electrochemical sensors (5, 6) use ion-sensitive field-effect transistor (ISFET) technology that allows the measurement of ion concentration, such as H + , enabling pH assessment.
Os sensores piezoresistivos, piezoelétricos ou capacitivos (7) são capazes de identificar a força do tecido lesionado e / ou do tecido regenerado.The piezoresistive, piezoelectric or capacitive sensors (7) are able to identify the strength of the injured tissue and / or the regenerated tissue.
Os sensores de campo elétrico (8) apresentam a tecnologia de transístores elétricos de campo e/ou resistometricos e/ou termístores e permitem a avaliação da temperatura.The electric field sensors (8) have the technology of electric field and/or resistometric transistors and/or thermistors and allow the evaluation of the temperature.
Os sensores que se baseiam no princípio de fotopletismografia (9) permitirão avaliar os níveis de oxigénio.Sensors based on the principle of photoplethysmography (9) will make it possible to assess oxygen levels.
elétrodo de estimulação elétrica (10) e o subsistema de estimulação magnética (2) têm comunicação direta com o modelo tridimensional (19) e o tecido envolvente.electrical stimulation electrode (10) and the magnetic stimulation subsystem (2) have direct communication with the three-dimensional model (19) and the surrounding tissue.
A estimulação elétrica desencadeia a atividade celular, promovendo a adesão, proliferação e diferenciação celular, bem como a interação com o modelo tridimensional (19) magnético.Electrical stimulation triggers cell activity, promoting cell adhesion, proliferation and differentiation, as well as interaction with the magnetic three-dimensional model (19).
A estimulação magnética, por sua vez, ativa as partículas, também magnéticas, incorporadas nos modelos tridimensionais (19), dessa forma, libertando iões e agentes terapêuticos. Ainda, a ativação magnética das partículas estimula a atividade e interação celular, promovendo um ambiente endógeno que permite o desencadeamento da cascata de fenómenos que levará à regeneração dos tecidos.The magnetic stimulation, in turn, activates the particles, also magnetic, incorporated in the three-dimensional models (19), thus releasing ions and therapeutic agents. Furthermore, the magnetic activation of the particles stimulates cell activity and interaction, promoting an endogenous environment that allows the triggering of a cascade of phenomena that will lead to tissue regeneration.
- 13 A variação dos parâmetros elétricos e magnéticos permite a realização de um tratamento personalizado. Num modo de realização preferido da presente invenção, os estímulos elétricos podem variar de 0.1 a 1 mA e os estímulos magnéticos podem variar em frequência (de 0.1 a 500 Hz) e em campo magnético (de 0.1 a 500 mT).- 13 The variation of the electrical and magnetic parameters allows for a personalized treatment. In a preferred embodiment of the present invention, the electrical stimuli can vary from 0.1 to 1 mA and the magnetic stimuli can vary in frequency (from 0.1 to 500 Hz) and in magnetic field (from 0.1 to 500 mT).
Além de ser capaz de gerar um campo magnético, o biodispositivo biomimético inteligente (18) da invenção é capaz de promover um efeito de hipertermia. O aumento da temperatura no tecido é causado pela ação das bobinas de estimulação magnética (15) nas partículas que, ao serem excitadas, dissipam o calor e libertam os iões ou os agentes terapêuticos.In addition to being able to generate a magnetic field, the intelligent biomimetic biodevice (18) of the invention is capable of promoting a hyperthermia effect. The increase in tissue temperature is caused by the action of the magnetic stimulation coils (15) on the particles which, when excited, dissipate heat and release ions or therapeutic agents.
O efeito de hipertermia é bastante interessante nos casos de tratamento de tumores, uma vez que células cancerígenas podem permanecer após a remoção do tumor. Nestes casos, a temperatura é aumentada por ação do campo magnético (atingindo valores de 40 a 46 °C), alterando, assim, a fisiologia das células malignas, levando à apoptose e necrose celular.The effect of hyperthermia is quite interesting in cases of tumor treatment, since cancer cells can remain after tumor removal. In these cases, the temperature is increased by the action of the magnetic field (reaching values of 40 to 46 °C), thus altering the physiology of malignant cells, leading to apoptosis and cellular necrosis.
O subsistema de amplificação de sinais (3) tem a função de amplificar a informação adquirida pelos diversos sensores através de módulos de comunicação de RFID (16), wireless e/ou bluetooth (17), permitindo uma monitorização em tempo real da terapêutica e a possibilidade de adequação de tratamento. Dependendo do tipo de módulo de alimentação (14) a ser utilizado, uma bateria pode estar presente.The signal amplification subsystem (3) has the function of amplifying the information acquired by the various sensors through RFID (16), wireless and/or bluetooth (17) communication modules, allowing real-time monitoring of the therapy and the possibility of adequacy of treatment. Depending on the type of power supply module (14) to be used, a battery may be present.
As partículas magnéticas presentes no modelo tridimensional (19) são obtidas a partir de materiais naturais biocompatíveis, biodegradáveis e bioreabsorvíveis. Num modo de realização preferido da invenção, os materiais naturais são selecionados a partir de colagénio, gelatina e péptidos recombinantes, entre outros.The magnetic particles present in the three-dimensional model (19) are obtained from biocompatible, biodegradable and bioabsorbable natural materials. In a preferred embodiment of the invention, the natural materials are selected from collagen, gelatin and recombinant peptides, among others.
- 14 As partículas ainda compreendem diversos iões que conferem propriedades biomiméticas com os tecidos nativos, sendo estes selecionados de um ou mais a partir de cálcio, ferro, magnésio, carbonato, citrato, entre outros.- 14 The particles also comprise several ions that confer biomimetic properties with native tissues, which are selected from one or more of calcium, iron, magnesium, carbonate, citrate, among others.
As partículas são obtidas por meio de um processo de biomineralização, seguido de emulsificação ou outro processo de fabricação aditiva e podem apresentar tamanhos em escala nano ou micro e ser densas ou porosas.The particles are obtained through a biomineralization process, followed by emulsification or another additive manufacturing process and can be nano- or micro-sized and dense or porous.
As partículas são bioativas e ainda compreendem agentes antimicrobianos, tais como iões estrôncio, zinco, prata, e agentes terapêuticos, tais como fármacos e fatores de crescimento, cujas propriedades variam de acordo com o uso pretendido.The particles are bioactive and further comprise antimicrobial agents, such as strontium, zinc, silver ions, and therapeutic agents, such as drugs and growth factors, whose properties vary according to the intended use.
Depois de obtidas, as partículas são incorporadas em modelos tridimensionais (19) (por exemplo, modelos injetáveis, hidrogéis e / ou scaffolds) por tecnologias de fabricação aditiva e, então, aplicados ao corpo do paciente.Once obtained, the particles are incorporated into three-dimensional models (19) (eg, injectable models, hydrogels and/or scaffolds) by additive manufacturing technologies and then applied to the patient's body.
Após a aplicação, o biodispositivo biomimético inteligente (18) da presente invenção é utilizado na prevenção e no tratamento de doenças associadas ao sistema esquelético, por meio da ativação das partículas através de campos magnéticos e da libertação dos agentes terapêuticos ou iões nela contidos.After application, the intelligent biomimetic biodevice (18) of the present invention is used in the prevention and treatment of diseases associated with the skeletal system, by activating the particles through magnetic fields and releasing the therapeutic agents or ions contained therein.
Num modo de realização preferido da invenção, as doenças associadas ao sistema esquelético são selecionadas a partir de doenças degenerativas, tumores, perda óssea no caso da necessidade de implante dentário e fraturas, entre outras.In a preferred embodiment of the invention, diseases associated with the skeletal system are selected from degenerative diseases, tumors, bone loss in case of need for dental implants and fractures, among others.
Ainda, o biodispositivo biomimético inteligente (18) da presente invenção é utilizado no acompanhamento da evolução do processo de regeneração pela monitorização do tratamento de indicadores específicos, selecionados como a força, pH, oxigénio, temperatura e/ ou biomarcadores.Furthermore, the intelligent biomimetic biodevice (18) of the present invention is used to monitor the evolution of the regeneration process by monitoring the treatment of specific indicators, selected as strength, pH, oxygen, temperature and/or biomarkers.
- 15 Ά matéria-objeto descrita acima é fornecida como uma ilustração da presente invenção e, portanto, não deve ser interpretada de modo a limitá-la. A terminologia empregue com o propósito de descrever modos de realização preferidos da presente invenção não deve restringi-la aos mesmos.- 15 The material-object described above is provided as an illustration of the present invention and therefore should not be construed as limiting it. The terminology employed for the purpose of describing preferred embodiments of the present invention should not restrict it thereto.
Como usados na descrição, os artigos definidos e indefinidos, na sua forma singular, visam a interpretação de incluírem também as formas plurais, a não ser que o contexto da descrição indique, explicitamente, o contrário. Será entendido que os termos compreender e incluir, quando usados nesta descrição, especificam a presença das características, dos elementos, dos componentes, das etapas e das operações relacionadas, mas não excluem a possibilidade de outras características, elementos, componentes, etapas e operações também estarem contempladas.As used in the description, the definite and indefinite articles, in their singular form, are intended to be interpreted to include plural forms as well, unless the context of the description explicitly indicates otherwise. It will be understood that the terms comprise and include, when used in this description, specify the presence of the related features, elements, components, steps and operations, but do not exclude the possibility of other features, elements, components, steps and operations as well. are contemplated.
Todas as alterações, desde que não modifiquem as características essenciais das reivindicações que se seguem, devem ser consideradas dentro do âmbito da proteção da presente invenção.All changes, as long as they do not modify the essential characteristics of the claims that follow, must be considered within the scope of protection of the present invention.
LISTA DE INDICAÇÕES DE REFERÊNCIALIST OF REFERENCE INDICATIONS
- Superfície biomimética inteligente- Smart biomimetic surface
- Subsistema de estimulação magnética- Magnetic stimulation subsystem
- Subsistema de amplificação de sinais- Signal amplification subsystem
- Subsistema de eletrónica funcional- Functional electronics subsystem
- Sensores eletroquímicos para a medição de iões e/ou biomarcadores- Electrochemical sensors for measuring ions and/or biomarkers
- Sensores eletroquímicos para a medição de pH- Electrochemical sensors for pH measurement
- Sensores piezoresistivos para a medição de força- Piezoresistive sensors for force measurement
- Sensores de campo elétrico para a medição de temperatura- Electric field sensors for temperature measurement
- Sensores que se baseiam no princípio de fotopletismografia para a medição de oxigénio- Sensors based on the principle of photoplethysmography for measuring oxygen
- Elétrodo de estimulação elétrica- Electrical stimulation electrode
- Módulo de processamento dos transdutores da superfície biomimética inteligente;- Intelligent biomimetic surface transducers processing module;
- Unidade central de processamento- Central Processing Unit
- Módulo de amplificação de sinais dos sensores- Sensor signal amplification module
- Módulo de alimentação- power module
- Bobina de estimulação magnética- Magnetic stimulation coil
- Módulo de comunicação RFID- RFID communication module
- Módulo de comunicação WI-FI / BLUETOOTH- WI-FI / BLUETOOTH communication module
- Biodispositivo biomimético inteligente- Intelligent biomimetic biodevice
- Modelo tridimensional- Three-dimensional model
LISTA DE CITAÇÕESLIST OF QUOTES
Segue a lista de citações:Here is the list of citations:
LITERATURA SOBRE PATENTESLITERATURE ON PATENTS
US 2007/0238992 AlUS 2007/0238992 Al
US 8,016,859 B2US 8,016,859 B2
CN 101287408 ACN 101287408 A
EP 2 510 873 BIEP 2 510 873 BI
CN 105943145 BCN 105943145 B
US 2013/0138017 AlUS 2013/0138017 Al
US 7,932,825 B2US 7,932,825 B2
US 6,839,596 BUS 6,839,596 B
US 7,024,249 B2US 7,024,249 B2
LITERATURA NÃO LIGADA A PATENTESNON-PATENT LITERATURE
- 17 - Patrício T. M. F., Mumcuogluv D., Montesi M., Panseri S., Witte-Bouma J. , Garcia S. F., Sandri M., Tampieri A., Farrell E., Sprio S. (2021). Bio-inspired polymeric iron-doped hydroxyapatite microspheres as a tunable carrier of rhBMP2, Materials Science and Engineering: C, Volume 119, 111410. - Patrício T. M. F. , Panseri S., Montesi M., lafisco M., Sandri M., Tampieri A., Sprio S. (2019). Superparamagnetic hybrid microspheres affecting osteoblasts behaviour, Materials Science and Engineering: C, 96, pp. 234-247, doi.org/10.1016/j.msec.2018.11.014.- 17 - Patricio T.M.F., Mumcuogluv D., Montesi M., Panseri S., Witte-Bouma J., Garcia S.F., Sandri M., Tampieri A., Farrell E., Sprio S. (2021). Bio-inspired polymeric iron-doped hydroxyapatite microspheres as a tunable carrier of rhBMP2, Materials Science and Engineering: C, Volume 119, 111410. - Patrício T. M. F. , Panseri S., Montesi M., lafisco M., Sandri M., Tampieri A ., Sprio S. (2019). Superparamagnetic hybrid microspheres affecting osteoblasts behavior, Materials Science and Engineering: C, 96, pp. 234-247, doi.org/10.1016/j.msec.2018.11.014.
Patrício, T. M. F., Panseri, S., Sandri, M., Tampieri, A., & Sprio, S. (2017) . New bioactive bone-like microspheres with intrinsic magnetic properties obtained by bio-inspired mineralisation process. Materials Science and Engineering: C, 77, 613-623, DOI: 10.1016/j.msec.2017.03.258.Patrício, T.M.F., Panseri, S., Sandri, M., Tampieri, A., & Sprio, S. (2017). New bioactive bone-like microspheres with intrinsic magnetic properties obtained by bio-inspired mineralization process. Materials Science and Engineering: C, 77, 613-623, DOI: 10.1016/j.msec.2017.03.258.
Claims (17)
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2021
- 2021-06-14 PT PT117287A patent/PT117287B/en active IP Right Grant
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PT117287A (en) | 2022-12-14 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| BB1A | Laying open of patent application |
Effective date: 20210802 |
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| FG3A | Patent granted, date of granting |
Effective date: 20230714 |