Um Avanço no Monitoramento Médico: Estabilização Médica de Próxima Geração com Biossensores Vestíveis Baseados em Nanopartículas

No contexto de envelhecimento, doenças crônicas e uma população crescente, o sistema de saúde está passando por uma transformação vital.

Os cuidados de saúde estão se tornando cada vez mais centrados no indivíduo. Essa tendência é impulsionada por dispositivos vestíveis, que permitem a medição contínua de biomarcadores críticos para diagnósticos médicos, monitoramento da condição de doença, saúde e ambiente ao redor, e avaliação de fluidos biológicos como suor, saliva, lágrimas e sangue.

Esses dispositivos vestíveis são aparelhos eletrônicos portáteis que utilizam sensores para coletar dados em tempo real sobre vários parâmetros fisiológicos, permitindo, por sua vez, o monitoramento contínuo dos níveis de atividade e da saúde.

Mais importante ainda, esses biossensores ajudam pessoas comuns a monitorar sua própria saúde de qualquer lugar e a qualquer momento. Em particular, esses dispositivos podem ajudar pacientes com doenças crônicas a reduzir o número de internações e economizar custos. No geral, as pessoas podem gerenciar melhor suas vidas e saúde com dispositivos vestíveis.

Enquanto isso, os médicos podem detectar potenciais problemas de saúde precocemente, responder imediatamente e fornecer planos de saúde personalizados, enquanto os hospitais podem economizar em custos de equipamentos.

Dependendo dos parâmetros medidos, os biossensores vestíveis podem ser de diferentes tipos, como sensores ópticos, eletroquímicos, eletromecânicos, químicos e optoeletrônicos. Esses dispositivos podem ser usados no corpo humano ou implantados dentro dele para monitorar sinais biológicos por meio de medições não invasivas de marcadores bioquímicos.

Em termos de design ou utilidade, os dispositivos vestíveis podem ser classificados em algumas maneiras diferentes. 

Para começar, os dispositivos vestíveis montados no pulso (WWD), como o nome sugere, são tipicamente usados no pulso. Smartwatches ou pulseiras fitness são exemplos desses vestíveis, que evoluíram de dispositivos básicos baseados em acelerômetro para agora incluir sensores biométricos usados como dispositivos de monitoramento humano não invasivo.

As pulseiras, em particular, são projetadas para rastrear a saúde humana e atividades físicas. Elas têm recursos bastante limitados e, às vezes, podem nem ter uma tela de exibição para notificações. Fitbit, Amazon (AMZN ) Halo Band e Huawei Talkband B3 são exemplos populares.

Relógios de pulso ou smartwatches são um dos tipos de dispositivos vestíveis mais populares, que monitoram sinais fisiológicos humanos específicos e biomecânica. Eles utilizam sensores e baterias para coletar informações e transferi‑las para o smartphone para análise e leitura. Alguns exemplos populares de smartwatches são o Apple Watch, Samsung Galaxy Watch e Garmin Fenix. Eles permitem o rastreamento de métricas como ECG, oxigênio no sangue, SpO2, estresse, sono e frequência cardíaca, entre outros.

Em seguida, existem adesivos para a análise em tempo real de fluidos corporais como suor e temperatura. Isso inclui adesivos de monitoramento de glicose Abbott FreeStyle Libre e Dexcom G7, Gatorade Gx Sweat Patch para analisar a composição do suor e fornecer recomendações de hidratação, e TempTraq para monitoramento contínuo de temperatura.

Além das mãos, a cabeça é outra parte do corpo onde esses dispositivos são usados. Ferramentas montadas na cabeça, como capacetes, óculos e bonés, são dispositivos visuais que oferecem recursos sem as mãos.

Quando se trata de óculos inteligentes, já vimos modelos como Ray‑Ban Meta Smart Glasses, Vuzix Blade & Vuzix Shield, Rokid Max e Xreal, que oferecem câmeras integradas, alto‑falantes, streaming, IA, entre outros recursos para os setores industrial, médico, de computação, empresarial e de jogos.

Até mesmo capacetes inteligentes estão ganhando força, não apenas como proteção, mas também para fornecer serviços inteligentes ao integrar sensores eletrônicos, alertas e dispositivos de comunicação. Capacetes também estão sendo explorados para tratar depressão ao transmitir pulsos elétricos fracos ao cérebro.

Roupas inteligentes ou E‑Textiles são mais um tipo de vestível que utiliza materiais inteligentes que respondem a mudanças mecânicas, térmicas e químicas. E‑Textiles também podem detectar estímulos externos do ambiente.

No âmbito dos E‑Textiles, temos as camisetas inteligentes Hexoskin que monitoram frequência cardíaca, taxa de respiração e movimento para atletas e uso médico. Essas vestimentas laváveis fornecem dados contínuos de cardíaco, pulmonar, atividade, sono, relatórios de eletrocardiograma e ventilação respiratória. Hexoskin oferece roupas inteligentes não invasivas e confortáveis para homens, mulheres e crianças, com recursos adicionais de anti‑odor e proteção UV. Em termos de tecnologia, oferecem mais de 36 horas de bateria, mais de 100 dias de gravação e conectividade Bluetooth.

Além de camisetas, meias, roupas de dormir, jaquetas e sapatos estão se tornando inteligentes. Portanto, o mundo dos dispositivos vestíveis está claramente em rápido crescimento, à medida que as pessoas dão prioridade crescente à sua saúde e bem‑estar. Esse crescimento é ainda impulsionado pela facilidade de disponibilidade de dados em tempo real, avanços na tecnologia de sensores e expansão das aplicações na saúde.

Nanopartículas Imprimíveis para Biossensores Vestíveis

À medida que os biossensores vestíveis desbravam novas fronteiras na medicina de precisão, pesquisadores da Caltech desenvolveram uma técnica que permite a produção em massa de sensores de suor vestíveis de longa duração.

Com essa tecnologia, que consiste em impressão jato de tinta de matrizes de nanopartículas especiais, a pesquisa busca enfrentar os desafios de escalabilidade de produção, instabilidade operacional e número limitado de alvos detectáveis que estão dificultando a adoção generalizada de biossensores vestíveis e implantáveis.

As nanopartículas imprimíveis de núcleo‑casca possuem funcionalidade dupla incorporada — uma casca de polímero moldado molecularmente para reconhecer um alvo específico e um núcleo de hexacianoferrato de níquel (NiHCF) para estabilizar a transdução eletroquímica. 

Ao utilizar uma formulação otimizada de tinta de nanopartículas por impressão jato de tinta, engenheiros da Caltech demonstraram a possibilidade de produção em massa de biossensores flexíveis e robustos que podem monitorar continuamente um amplo espectro de biomarcadores. Isso inclui fármacos, vitaminas, aminoácidos e metabólitos.

A equipe demonstrou ainda a eficácia desses biomarcadores no monitoramento metabólico vestível de creatinina, triptofano e vitamina C em indivíduos que sofrem de COVID‑19 de longo prazo. 

Eles também usaram com sucesso as novas nanopartículas e validaram a utilidade dos biomarcadores no monitoramento terapêutico de medicamentos para pacientes com câncer, bem como em um modelo de camundongo, fornecendo análise em tempo real de imunossupressores como ácido micofenólico, ciclofosfamida e busulfano.

Mas isso não é tudo que é possível com a tecnologia.

“Existem muitas condições crônicas e seus biomarcadores que esses sensores agora nos dão a possibilidade de monitorar continuamente e de forma não invasiva.”

– Wei Gao, autor correspondente e professor de engenharia médica no Departamento de Engenharia Médica Andrew e Peggy Cherng da Caltech

De acordo com o artigo publicado¹ na revista Nature Materials detalhando a técnica, os cubos de nanopartículas são formados em uma solução que inclui a molécula específica, como a vitamina C, que os pesquisadores desejam rastrear.

A molécula alvo é então aprisionada dentro das nanopartículas cúbicas à medida que monômeros se juntam espontaneamente para formar um polímero. Em seguida, um solvente é usado para remover as moléculas alvo, deixando especificamente uma casca de polímero moldado molecularmente.

Essa casca está pontilhada com furos que possuem formas que correspondem exatamente à da molécula alvo, muito semelhante a como anticorpos artificiais identificam seletivamente as formas de moléculas específicas.

Notavelmente, os pesquisadores do novo estudo combinam os polímeros especialmente formados com um núcleo de nanopartícula feito do composto químico NiHCF. O composto é conhecido por suas propriedades únicas, que incluem boa condutividade elétrica, alta estabilidade térmica, a capacidade de sofrer reações redox reversíveis, e comportamento magnético. Essas propriedades tornam o NiHCF um material promissor para mídias de armazenamento magnético, catálise e dispositivos de armazenamento de energia eletroquímica como baterias, bem como sensores e biossensores.

Mais importante ainda, o NiHCF também pode ser oxidado sob uma tensão elétrica aplicada quando entra em contato com fluidos corporais como o suor.

Neste estudo, o fluido entrará em contato com o núcleo NiHCF apenas se os furos com a forma da molécula alvo estiverem desocupados, o que gerará um sinal elétrico.

No entanto, quando as moléculas encontram o polímero, elas deslizam para dentro desses furos. Isso impede que fluidos corporais como o suor entrem em contato com o núcleo, enfraquecendo assim o sinal elétrico. Portanto, a intensidade do sinal elétrico revela a quantidade da molécula alvo, como a vitamina C, presente. Gao explicou:

“Esse núcleo é crítico. O núcleo de hexacianoferrato de níquel é altamente estável, mesmo em fluidos biológicos, tornando esses sensores ideais para medições de longo prazo.”

As nanopartículas núcleo‑casca criadas são altamente flexíveis. Elas são usadas para imprimir matrizes de sensores que calculam a quantidade de hormônios, aminoácidos, fármacos ou metabólitos no suor ou fluidos corporais apenas usando múltiplas “tintas” de nanopartículas em uma única matriz. 

Por exemplo, os pesquisadores também imprimiram nanopartículas que se ligam à creatinina, o biomarcador comumente usado, para examinar o funcionamento dos rins. A equipe combinou essas nanopartículas, juntamente com aquelas que se ligam à vitamina C e ao triptofano, em um único sensor, que foi então produzido em massa para estudar pacientes com COVID de longa duração.

Sensores vestíveis baseados em nanopartículas também foram impressos para três medicamentos anticâncer específicos, porém diferentes, em sensores individuais que os pesquisadores testaram no centro de pesquisa e tratamento de câncer da City of Hope.

De acordo com Gao, que também é Ronald e JoAnne Willens Scholar e Investigador do Heritage Medical Research Institute:

“Demonstrando o potencial desta tecnologia, conseguimos monitorar remotamente a quantidade de medicamentos contra o câncer no corpo a qualquer momento.”

Isso não apenas indica o caminho para alcançar a personalização de doses para o câncer, mas também para muitas outras condições, acrescentou ele.

Além de tudo isso, a equipe demonstrou que as nanopartículas podem até ser usadas para imprimir sensores implantáveis logo abaixo da pele, a fim de monitorar com precisão os níveis de medicamentos no corpo.

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Empresa Líder em Tecnologia Vestível

Agora, vamos dar uma olhada no nome mais proeminente no setor de tecnologia vestível que continua a fazer avanços.

1. Apple

A maior empresa do mundo por capitalização de mercado, $3,63 trilhões, a Apple (AAPL ) tem suas ações atualmente negociadas a $241,53, queda de 3,55% no ano. Seu EPS (TTM) é 6,96, e o índice P/E (TTM) é 34,69. O rendimento de dividendos pago pela Apple é 0,41%.

A Apple entrou no setor de vestíveis há mais de uma década ao lançar o Apple Watch Series 0, o primeiro da linha. Embora o setor de smartwatches já estivesse saturado na época, a Apple ainda conseguiu estabelecer sua presença apesar da entrada tardia. 

Ao longo dos anos, a Apple conseguiu capturar uma boa fatia desse mercado, mas nos últimos anos tem observado um declínio. Em 2020, sua participação de mercado era superior a 34%, caindo para cerca de 30% no ano seguinte.

De acordo com IDC, a participação de mercado da Apple do 1º ao 3º trimestre de 2024 foi de 16,2% com 22,5 milhões de unidades enviadas, queda em relação a 18,4% no mesmo período do ano passado. Com isso, a Apple agora ocupa o segundo lugar, enquanto a Huawei ultrapassa com 23,6 milhões de unidades enviadas e captura 16,9% de participação de mercado. Esses dois são seguidos por Xiaomi, Samsung e BBK. Portanto, embora a Apple ainda mantenha uma presença forte, agora enfrenta uma concorrência acirrada.

Em meio a tudo isso, a Apple continua a trabalhar em sua tecnologia vestível, ampliando agora suas ambições de pesquisa em saúde para usar seus dispositivos em um estudo que monitora mudanças na saúde dos participantes. A empresa pretende aproveitar os dispositivos e aplicativos que as pessoas usam diariamente para avaliar as conexões entre saúde mental e física, bem como determinantes sociais e como eles influenciam o bem‑estar geral de uma pessoa.

Isso visa ajudá‑los a identificar sinais nos dados de saúde de uma pessoa para potencialmente detectar uma condição de saúde. O Apple Health Study será disponibilizado no aplicativo Research, que ajudou a equipe a obter “insights valiosos” para desenvolver novas ferramentas como Walking Steadiness no iPhone e o aplicativo Vitals no Apple Watch.

No ano passado, a empresa também começou a explorar a ideia de desenvolver novos dispositivos vestíveis como óculos inteligentes, um anel fitness e até AirPods com câmeras.

Um anel inteligente para ser usado no dedo foi inicialmente recomendado pelo grupo de design há alguns anos, que incorporaria recursos de rastreamento de saúde do Apple Watch, mas mais recentemente, engenheiros discutiram a possibilidade de óculos inteligentes que poderiam fornecer áudio, usar uma câmera e IA para identificar objetos, e, em última análise, servir como trampolim para a ambição da Apple de criar óculos de realidade aumentada verdadeiros que possam ser usados o dia todo.

A empresa também tem trabalhado intensamente nos fones AirPods, no headset Vision Pro, nos fones Beats, no alto‑falante HomePod e no Apple Watch para impulsionar seu negócio de dispositivos vestíveis.

Curiosamente, a Apple patenteou uma nova tecnologia de smartwatch que poderia permitir o monitoramento da pressão arterial no Apple Watch sem depender de sensores ópticos. Por enquanto, o Apple Watch oferece aplicativos poderosos como notificações de frequência cardíaca e ritmo irregular, histórico de AFib, aplicativo ECG, notificações de baixa aptidão cardiovascular, nível de oxigênio no sangue e detecção de quedas para ajudar as pessoas a viverem vidas saudáveis.

Mas isso não é tudo. Os fones AirPods Pro 2 da Apple ainda oferecem a funcionalidade de aparelhos auditivos de venda livre. Embora o teste auditivo seja impressionantemente preciso, ele é adequado para pessoas com perda auditiva leve a moderada.

Agora, a saúde financeira da empresa — a Apple relatou recentemente os resultados financeiros do seu primeiro trimestre fiscal de 2025, encerrado em 28 de dezembro de 2024. Neste “melhor trimestre de todos”, a Apple registrou $124,3 bilhões em receita e lucro por ação diluído de $2,40, alta de 4% e 10% em relação ao ano anterior, respectivamente.

A receita incluiu $69,14 bilhões de iPhones, $8,99 bilhões de produtos Mac, $8,09 bilhões de iPads e $11,75 bilhões de outros produtos, também chamados de Wearables, que incluem as vendas do Apple Watch, AirPods, Beats e Vision Pro. A categoria de wearables registrou uma queda de 2% em relação ao ano anterior.

Enquanto isso, $26,34 bilhões foram gastos em serviços, que incluíram assinaturas, garantias e acordos de licenciamento. Na teleconferência de resultados, o CEO Tim Cook afirmou que a empresa tinha mais de um bilhão de assinaturas. Isso inclui assinaturas de serviços como Apple TV+ e iCloud e assinaturas de aplicativos de terceiros através da App Store.

As fortes margens operacionais da empresa também elevaram seu EPS a um novo recorde histórico com crescimento de dois dígitos, o que permitiu ao gigante tecnológico devolver mais de $30 bilhões aos acionistas, com o conselho de administração declarando um dividendo em dinheiro de $0,25 por ação.

A base instalada de dispositivos ativos da Apple também atingiu um novo recorde em todos os produtos e segmentos geográficos. No entanto, suas vendas de dispositivos diminuíram 11,1% na China. As vendas de iPhone foram, porém, mais fortes nas regiões onde o Apple Intelligence está disponível, disse Cook.

“Com o poder do Apple silicon, estamos desbloqueando novas possibilidades para nossos usuários com o Apple Intelligence, que torna aplicativos e experiências ainda melhores e mais pessoais.”

– Cook

Portanto, a Apple está agora trabalhando com Alibaba e Baidu para trazer recursos de IA aos seus iPhones na China até a metade deste ano.

Conclusão

A personalização dos cuidados de saúde é o futuro da medicina. Isso, afinal, pode melhorar os resultados dos pacientes, reduzir a carga de doenças e diminuir os custos de saúde, mas, claro, isso significa saber exatamente o que se precisa e então fornecer a combinação correta de medicamentos, nutrientes e metabólitos.

Para isso, primeiro precisamos de uma forma de medir e monitorar continuamente certos biomarcadores de saúde, onde a tecnologia vestível pode ser de grande ajuda, como o novo estudo demonstrou. 

Ao desenvolver nanopartículas núcleo‑casca imprimíveis, os pesquisadores deram um grande passo rumo à produção em massa de biossensores vestíveis de longa duração. A versatilidade desses sensores, desde o monitoramento de condições crônicas até a personalização de dosagens de medicamentos para pacientes com câncer, abre novas portas na medicina de precisão.

Esses avanços tecnológicos podem oferecer tanto aos pacientes quanto aos provedores de saúde insights de saúde contínuos e individualizados e nos aproximar de um futuro onde a gestão de saúde personalizada e orientada por dados esteja integrada perfeitamente em nossas vidas diárias!

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