Prevención de pérdidas graves de sangre en el campo de batalla o en la clínica

El estudiante de doctorado Reginald Avery está desarrollando un material inyectable que repara los vasos sanguíneos rotos.

Dara Farhadi | corresponsal de noticias del MIT

En una pequeña habitación en el subsótano del Edificio 66 del MIT se encuentra un microscopio personalizado de súper resolución que hace posible ver las características a nanoescala de un glóbulo rojo. Aquí, se puede encontrar a Reginald Avery, un estudiante graduado de quinto año en el Departamento de Ingeniería Biológica, realizando una investigación con tranquila disciplina, jugando ocasionalmente con su reloj de plata.

Pasa la mayor parte de sus días frente al microscopio, tomando imágenes de alta resolución de los coágulos de sangre que se forman con el tiempo, o frente a la computadora, leyendo literatura sobre microscopía de súper resolución. Sin ventanas para aproximar la hora del día, el reloj de Avery es muy útil. No es sorprendente para aquellos que lo conocen, está configurado en tiempo militar.

Avery describe a su padre como un inspector general muy trabajador del Comando de Pruebas y Evaluación del Ejército de EE. UU. Avery y su hermano gemelo fraterno, Jeff, un estudiante graduado en informática en la Universidad de Purdue, nacieron en Alemania y vivieron una parte de su infancia en bases militares en Hawái y Alabama. Eventualmente, la familia se mudó a Maryland y entró en la vida civil, pero las experiencias de Avery en una base militar nunca lo abandonaron. En el MIT, ha estado investigando un biomaterial que podría evitar que los soldados heridos mueran por el shock debido a una pérdida de sangre severa.

“Quería hacer algo relacionado con el ejército porque crecí en ese entorno”, dice. “La gente, los soldados uniformados y el ambiente bien controlado crearon un buen ambiente para crecer, y yo quería seguir contribuyendo de alguna manera a esa comunidad”.

Bloqueo de la pérdida de sangre

Avery es uno de los primeros estudiantes de posgrado en unirse al Programa de Polímeros y Materia Blanda (PPSM) del Departamento de Ingeniería Biológica. Cuando se unió por primera vez al laboratorio del profesor asociado Bradley Olsen en el Departamento de Ingeniería Química, su objetivo era optimizar y probar un material que pudiera aplicarse tópicamente a los soldados heridos.

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El biomaterial es un hidrogel, un material que consiste principalmente en agua, con una viscosidad similar a la de la pasta de dientes. Las proteínas de gelatina y las nanopartículas de sílice inorgánica se incorporan al material y funcionan como un sustrato que ayuda a acelerar las tasas de coagulación y reducir los tiempos de coagulación.

Coasesorado por Ali Khademhosseini en el Hospital Brigham and Women’s y en colaboración con otros en el Hospital General de Massachusetts, Avery desarrolló aún más el material para que pudiera inyectarse en los vasos sanguíneos rotos. Como un corcho en una botella de vino, el biomaterial forma un tapón en el vaso con fugas y detiene cualquier pérdida de sangre. La investigación de Avery  se publicó  en  Science Translational Medicine  y apareció en la portada de la edición de noviembre de 2016.

El estándar actual para parchear los vasos sanguíneos es imperfecto. Los cirujanos suelen utilizar espirales metálicas, cuentas de plástico especiales o compuestos que también se encuentran en el superpegamento. Cada tecnología tiene limitaciones que el hidrogel nanocompuesto intenta abordar.

“Las viejas técnicas no aprovechan la ingeniería de tejidos. Puede ser difícil para un cirujano colocar espirales y cuentas metálicas en el sitio de destino, y la sangre a veces aún puede encontrar un camino y provocar un nuevo sangrado. También es costoso y algunas técnicas tienen un período de tiempo finito para colocar el material donde debe estar”, dice Avery. “Queríamos usar un hidrogel que pudiera llenar completamente un vaso y no permitir que se produjera ninguna fuga a través del sitio de la lesión”.

El nanocompuesto, que se puede inyectar fácilmente con una jeringa o un catéter, ha sido probado en modelos animales sin causar efectos secundarios inflamatorios o la formación de coágulos en otras partes del sistema circulatorio del animal. Algunos experimentos in vitro también indican que el material podría ser útil para el tratamiento de aneurismas.

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Durante los últimos seis meses, Avery se ha concentrado en descubrir el mecanismo físico por el cual el material nanocompuesto interactúa con la sangre. Un microscopio de súper resolución puede alcanzar una resolución de 250 nanómetros; un solo glóbulo rojo, a modo de comparación, tiene unos 8.000 nanómetros de ancho. Avery dice que la capacidad de visualizar cómo interactúan las moléculas fisiológicas y las proteínas con el nanocompuesto y otras herramientas quirúrgicas también puede ayudarlo a diseñar un mejor material. Sin embargo, obtener una visión completa del proceso puede llevar mucho tiempo.

“Se trata de tomar instantáneas cada 10 o 20 segundos durante aproximadamente 30 minutos y juntar todas esas imágenes”, dice. “Lo que quiero hacer es visualizar estos geles y coágulos formándose con el tiempo”.

Encontrado en la traducción

Si bien está ansioso por ver que su material se utilice para salvar vidas, Avery se complace en contribuir al trabajo en las etapas de investigación básica y traslacional. Él dice que está motivado para caracterizar adecuadamente un tratamiento o biomaterial, hacer las preguntas correctas y asegurarse de que funcione tan bien o mejor que lo que se usa actualmente en la clínica.

“Me siento cómodo haciendo un estudio completo in vitro para caracterizar materiales o diseñar algunas pruebas sintéticas antes de las pruebas in vivo”, dice. “Debes tener mucha confianza en [el biomaterial] antes de llegar a ese paso para que estés utilizando a los animales de manera efectiva o, lo que es más importante, no estás poniendo en riesgo a una persona si algo finalmente llega a ese punto”.

Avery también encuentra significado en colaborar y ayudar a otros con su investigación. Ha trabajado en proyectos que utilizan la dispersión de neutrones para dilucidar la estructura de la red de un homopolipéptido, realizó cultivos celulares en hidrogeles sensibles al calor y desarrolló polipéptidos altamente elásticos, proyectos que, según Avery, no son directamente aplicables a su trabajo de tesis sobre el tratamiento de hemorragias internas. Sin embargo, estaba feliz de simplemente haber tenido la experiencia de aprender algo nuevo.

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“Si puedo ayudar a alguien con algo, intentaré hacerlo lo mejor que pueda. Ya sea una tarea o algo en el laboratorio, mi objetivo no es dejar a alguien peor”, dice Avery. “Si hay algo que hice en el pasado que podría ayudarlo ahora, estoy emocionado de mostrárselo y espero que funcione bien para usted. Si no es así, podemos hablar aún más para tratar de averiguar qué podemos hacer para que funcione mejor”.

De los siete artículos en los que Avery ha estado involucrado durante los últimos tres años, casi la mitad eran proyectos colaborativos fuera del área de su trabajo de tesis.

Avery espera terminar su tesis doctoral para el verano del próximo año. Luego, imagina trabajar para un instituto de investigación dedicado a una sola enfermedad o condición, o tal vez para un centro de investigación asociado con un hospital dentro del sistema de salud militar para poder continuar desarrollando biomateriales, diagnósticos u otros enfoques para ayudar a los soldados. .

“Por lo general, me emociona ayudar a alguien a hacer algo o hacer algo para mi proyecto. Siempre es emocionante acercarse a determinar la concentración óptima que necesita, ver ese punto de datos que es más alto que los demás u obtener esa buena imagen que muestra el efecto que ha supuesto”, dice Avery. “Ese sigue siendo un aspecto motivador de venir al laboratorio, para finalmente obtener esos resultados. Puede llevar mucho tiempo llegar allí, pero una vez que lo haces, aprecias el viaje”.

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