El nuevo adhesivo que une las superficies húmedas en cuestión de segundos podría usarse para curar heridas o implantar dispositivos médicos.
Ana Trafton | Oficina de noticias del MIT
Inspirados en una sustancia pegajosa que usan las arañas para atrapar a sus presas, los ingenieros del MIT han diseñado una cinta de doble cara que puede sellar rápidamente los tejidos.
En pruebas en tejidos de ratas y cerdos, los investigadores demostraron que su nueva cinta puede unir firmemente tejidos como los pulmones y los intestinos en solo cinco segundos. Esperan que esta cinta eventualmente pueda usarse en lugar de las suturas quirúrgicas, que no funcionan bien en todos los tejidos y pueden causar complicaciones en algunos pacientes.
“Hay más de 230 millones de cirugías mayores en todo el mundo por año, y muchas de ellas requieren suturas para cerrar la herida, lo que en realidad puede causar estrés en los tejidos y causar infecciones, dolor y cicatrices. Estamos proponiendo un enfoque fundamentalmente diferente para sellar el tejido”, dice Xuanhe Zhao, profesor asociado de ingeniería mecánica e ingeniería civil y ambiental en el MIT y autor principal del estudio.
La cinta de doble cara también se puede usar para unir dispositivos médicos implantables a los tejidos, incluido el corazón, mostraron los investigadores. Además, funciona mucho más rápido que los adhesivos para tejidos, que por lo general tardan varios minutos en adherirse bien y pueden gotear sobre otras partes del cuerpo.
Los estudiantes de posgrado Hyunwoo Yuk y Claudia Varela son los autores principales del estudio, que aparece hoy en Nature . Otros autores son el estudiante graduado del MIT Xinyu Mao, la profesora asistente de ingeniería mecánica del MIT Ellen Roche, el médico de cuidados críticos de Mayo Clinic Christoph Nabzdyk y el patólogo del Brigham and Women’s Hospital Robert Padera.
un sello hermético
Se considera que la formación de un cierre hermético entre los tejidos es muy difícil porque el agua en la superficie de los tejidos interfiere con la adhesión. Los pegamentos tisulares existentes difunden moléculas adhesivas a través del agua entre dos superficies tisulares para unirlas, pero este proceso puede llevar varios minutos o incluso más.
El equipo del MIT quería idear algo que funcionara mucho más rápido. El grupo de Zhao había desarrollado previamente otros adhesivos novedosos, incluido un superpegamento de hidrogel que proporciona una adhesión más resistente que los materiales pegajosos que se producen en la naturaleza, como los que utilizan los mejillones y los percebes para adherirse a los barcos y las rocas.
Para crear una cinta de doble cara que pudiera unir rápidamente dos superficies mojadas, el equipo se inspiró en el mundo natural, específicamente, el material pegajoso que usan las arañas para capturar a sus presas en condiciones húmedas. Este pegamento de araña incluye polisacáridos cargados que pueden absorber agua de la superficie de un insecto casi instantáneamente, limpiando un pequeño parche seco al que se puede adherir el pegamento.
Para imitar esto con un adhesivo de ingeniería, los investigadores diseñaron un material que primero absorbe el agua de los tejidos húmedos y luego une rápidamente dos tejidos. Para la absorción de agua utilizaron ácido poliacrílico, un material muy absorbente que se usa en pañales. Tan pronto como se aplica la cinta, absorbe agua, lo que permite que el ácido poliacrílico forme rápidamente enlaces de hidrógeno débiles con ambos tejidos.
Estos enlaces de hidrógeno y otras interacciones débiles mantienen temporalmente la cinta y los tejidos en su lugar, mientras que los grupos químicos llamados ésteres NHS, que los investigadores incrustaron en el ácido poliacrílico, forman enlaces mucho más fuertes, llamados enlaces covalentes, con las proteínas del tejido. Esto toma alrededor de cinco segundos.
Para hacer que su cinta sea lo suficientemente resistente como para durar dentro del cuerpo, los investigadores incorporaron gelatina o quitosano (un polisacárido duro que se encuentra en los caparazones de los insectos). Estos polímeros permiten que el adhesivo mantenga su forma durante largos períodos de tiempo. Dependiendo de la aplicación para la que se utilice la cinta, los investigadores pueden controlar qué tan rápido se descompone dentro del cuerpo variando los ingredientes que contiene. La gelatina tiende a descomponerse en unos pocos días o semanas en el cuerpo humano, mientras que el quitosano puede durar más (un mes o incluso hasta un año).
“Combinando dos conceptos innovadores, el equipo de investigación logró adherirse rápida y eficazmente a la superficie húmeda y blanda de un tejido y mantener una buena adhesión y propiedades mecánicas durante varios días sin provocar una respuesta inflamatoria excesiva”, dice Costantino Creton, investigador. director de ESPCI París, que no participó en la investigación.
Curación rápida
Este tipo de adhesivo podría tener un gran impacto en la capacidad de los cirujanos para sellar incisiones y curar heridas, dice Yuk. Para explorar las posibles aplicaciones de la nueva cinta de doble cara, los investigadores la probaron en algunos tipos diferentes de tejido de cerdo, incluida la piel, el intestino delgado, el estómago y el hígado. También realizaron pruebas en pulmones y tráquea de cerdos, demostrando que podían reparar rápidamente el daño a esos órganos.
“Es muy difícil suturar tejidos blandos o frágiles como el pulmón y la tráquea, pero con nuestra cinta de doble cara, en cinco segundos podemos sellarlos fácilmente”, dice Yuk.
La cinta también funcionó bien para sellar daños en el tracto gastrointestinal, lo que podría ser muy útil para prevenir fugas que a veces ocurren después de la cirugía. Esta fuga puede causar sepsis y otras complicaciones potencialmente fatales.
“Anticipo un tremendo potencial de traducción de este elegante enfoque en varias prácticas clínicas, así como aplicaciones de ingeniería básica, en particular en situaciones donde las operaciones quirúrgicas, como la sutura, no son sencillas”, dice Yu Shrike Zhang, profesor asistente de medicina en la Escuela de Medicina de Harvard, que no participó en la investigación.
La implantación de dispositivos médicos dentro del cuerpo es otra aplicación que está explorando el equipo del MIT. Trabajando con el laboratorio de Roche, los investigadores demostraron que la cinta podría usarse para unir firmemente un pequeño parche de poliuretano a los corazones de ratas vivas, que tienen aproximadamente el tamaño de una uña. Normalmente, este tipo de procedimiento es extremadamente complicado y requiere un cirujano experimentado para realizarlo, pero el equipo de investigación pudo simplemente pegar el parche con su cinta presionando durante unos segundos, y permaneció en su lugar durante varios días.
Además del parche cardíaco de poliuretano, los investigadores descubrieron que la cinta podía adherir con éxito materiales como caucho de silicona, titanio e hidrogeles a los tejidos.
“Esto proporciona una forma más elegante, más directa y de aplicación más universal de introducir un monitor implantable o un dispositivo de administración de fármacos, porque podemos adherirnos a muchos sitios diferentes sin causar daños o complicaciones secundarias al perforar el tejido para colocar los dispositivos”, dice Yuk. .
Los investigadores ahora están trabajando con médicos para identificar aplicaciones adicionales para este tipo de adhesivo y realizar más pruebas en modelos animales.
La investigación fue financiada por la Fundación Nacional de Ciencias y la Oficina de Investigación Naval.
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Dr. Martin Passen, a dedicated nutrition educator with a master’s in nutrition education and nearing completion of a clinical nutrition and dietetics master’s. Passionate about sharing valuable information effectively.