Cualquiera que haya intentado ponerse una tirita cuando su piel está húmeda sabe que puede ser frustrante. La piel húmeda no es el único desafío para los adhesivos médicos:el cuerpo humano está lleno de sangre, suero, y otros fluidos que complican la reparación de numerosas lesiones internas. Muchos de los productos adhesivos que se utilizan hoy en día son tóxicos para las células, inflexible cuando se secan, y no se unen fuertemente al tejido biológico. Un equipo de investigadores del Instituto Wyss de Ingeniería de Inspiración Biológica y la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson (SEAS) de la Universidad de Harvard ha creado un "adhesivo resistente" súper fuerte que es biocompatible y se une a los tejidos con una fuerza comparable al cartílago elástico propio del cuerpo, incluso cuando están mojados.

"La característica clave de nuestro material es la combinación de una fuerza adhesiva muy fuerte y la capacidad de transferir y disipar el estrés, que históricamente no se han integrado en un solo adhesivo, "dice el autor correspondiente Dave Mooney, Doctor., quien es miembro fundador de Core Faculty en el Wyss Institute y Profesor de Bioingeniería de la Familia Robert P. Pinkas en SEAS.

La investigación se informa en la edición de esta semana de Ciencias .

Cuando el primer autor Jianyu Li, Doctor. (ex becario postdoctoral en el Wyss Institute y ahora profesor asistente en la Universidad McGill) comenzó a pensar en cómo mejorar los adhesivos médicos, encontró una solución en un lugar poco probable:una babosa. El Arion oscuro (Arion subfuscus), común en Europa y partes de los Estados Unidos, segrega un tipo especial de moco cuando se ve amenazado que lo pega en su lugar, lo que dificulta que un depredador lo saque de su superficie. Se determinó previamente que este pegamento estaba compuesto por una matriz resistente salpicada de proteínas cargadas positivamente, lo que inspiró a Li y sus colegas a crear un hidrogel de doble capa que consiste en una matriz de alginato-poliacrilamida que soporta una capa adhesiva que tiene polímeros cargados positivamente que sobresalen de su superficie.

Los polímeros se unen a los tejidos biológicos a través de tres mecanismos:atracción electrostática a superficies celulares cargadas negativamente, enlaces covalentes entre átomos vecinos, e interpenetración física, lo que hace que el adhesivo sea extremadamente fuerte. Pero la capa de matriz es igualmente importante, dice Li:"La mayoría de los diseños de materiales anteriores se han centrado solo en la interfaz entre el tejido y el adhesivo. Nuestro adhesivo es capaz de disipar energía a través de su capa de matriz, lo que le permite deformarse mucho más antes de romperse ". El diseño del equipo para la capa de matriz incluye iones de calcio que se unen al hidrogel de alginato a través de enlaces iónicos. Cuando se aplica tensión al adhesivo, esos enlaces iónicos "de sacrificio" se rompen primero, permitiendo que la matriz absorba una gran cantidad de energía antes de que su estructura se vea comprometida. En pruebas experimentales, Se necesitó más de tres veces la energía para interrumpir la unión del adhesivo resistente en comparación con otros adhesivos de grado médico y, cuando se rompió, lo que falló fue el propio hidrogel, no la unión entre el adhesivo y el tejido, demostrando un nivel sin precedentes de alta fuerza de adhesión y dureza de la matriz simultáneamente.

Los investigadores probaron su adhesivo en una variedad de tejidos de cerdo secos y húmedos, incluida la piel, cartílago, corazón, artería, e hígado, y descubrió que se unía a todos ellos con una fuerza significativamente mayor que otros adhesivos médicos. El adhesivo resistente también mantuvo su estabilidad y unión cuando se implantó en ratas durante dos semanas. o cuando se usa para sellar un agujero en un corazón de cerdo que se infla y desinfla mecánicamente y luego se somete a decenas de miles de ciclos de estiramiento. Adicionalmente, no causó daño tisular ni adherencias a los tejidos circundantes cuando se aplicó a una hemorragia hepática en ratones, efectos secundarios que se observaron tanto con el superpegamento como con un adhesivo comercial a base de trombina.

Un material de tan alto rendimiento tiene numerosas aplicaciones potenciales en el campo médico, ya sea como un parche que se puede cortar a los tamaños deseados y aplicarse a las superficies de los tejidos o como una solución inyectable para lesiones más profundas. También se puede utilizar para conectar dispositivos médicos a sus estructuras objetivo, como un actuador para apoyar la función cardíaca. "Esta familia de adhesivos resistentes tiene una amplia gama de aplicaciones, "dice el coautor Adam Celiz, Doctor., que ahora es profesor en el Departamento de Bioingeniería, Colegio Imperial de Londres. "Podemos fabricar estos adhesivos con materiales biodegradables, por lo que se descomponen una vez que han cumplido su propósito. Incluso podríamos combinar esta tecnología con robótica suave para hacer robots pegajosos, o con productos farmacéuticos para fabricar un nuevo vehículo para la administración de fármacos ".

"La naturaleza ya ha encontrado con frecuencia soluciones elegantes a problemas comunes; es cuestión de saber dónde buscar y reconocer una buena idea cuando la ves, "dice el director fundador de Wyss, Donald Ingber, quien también es el Profesor Judah Folkman de Biología Vascular en la Escuela de Medicina de Harvard y el Programa de Biología Vascular en el Boston Children's Hospital, así como profesor de Bioingeniería en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Harvard. "Estamos emocionados de ver cómo esta tecnología, inspirado por una humilde babosa, podría convertirse en una nueva tecnología para la reparación quirúrgica y la cicatrización de heridas ".