Hoy en día, muchas cirugías se realizan mediante procedimientos mínimamente invasivos, en el que se hace una pequeña incisión y se introducen cámaras en miniatura y herramientas quirúrgicas a través del cuerpo para extirpar tumores y reparar tejidos y órganos dañados. El proceso produce menos dolor y tiempos de recuperación más cortos en comparación con la cirugía abierta.

Si bien muchos procedimientos se pueden realizar de esta manera, Los cirujanos pueden enfrentar desafíos en un paso importante del proceso:el sellado de heridas internas y desgarros.

Inspirándose en el origami, Los ingenieros del MIT ahora han diseñado un parche médico que se puede doblar alrededor de herramientas quirúrgicas mínimamente invasivas y se puede administrar a través de las vías respiratorias. intestinos y otros espacios estrechos, para reparar lesiones internas. El parche se asemeja a un plegable, película similar al papel cuando se seca. Una vez que entra en contacto con tejidos u órganos húmedos, se transforma en un gel elástico, similar a una lente de contacto, y puede adherirse a un sitio lesionado.

A diferencia de los adhesivos quirúrgicos existentes, La nueva cinta del equipo está diseñada para resistir la contaminación cuando se expone a bacterias y fluidos corporales. Tiempo extraordinario, el parche puede biodegradarse de forma segura. El equipo ha publicado sus resultados en la revista Materiales avanzados .

Los investigadores están trabajando con médicos y cirujanos para optimizar el diseño para uso quirúrgico, y prevén que el nuevo bioadhesivo podría administrarse mediante herramientas quirúrgicas mínimamente invasivas, operado por un cirujano, ya sea de forma directa o remota a través de un robot médico.

"La cirugía mínimamente invasiva y la cirugía robótica se adoptan cada vez más, ya que disminuyen el trauma y aceleran la recuperación relacionada con la cirugía abierta. Sin embargo, el sellado de heridas internas es un desafío en estas cirugías, "dice Xuanhe Zhao, profesor de ingeniería mecánica y de ingeniería civil y ambiental en el MIT.

"Esta tecnología de parche abarca muchos campos, "añade el coautor Christoph Nabzdyk, un anestesiólogo cardíaco y médico de cuidados intensivos en la Clínica Mayo en Rochester, Minnesota. "Esto podría usarse para reparar una perforación de una coloscopia, o sellar órganos sólidos o vasos sanguíneos después de un trauma o una intervención quirúrgica electiva. En lugar de tener que realizar un abordaje quirúrgico totalmente abierto, uno podría ir desde el interior para colocar un parche para sellar una herida al menos temporalmente y tal vez incluso a largo plazo ".

Los coautores del estudio incluyen a los autores principales Sarah Wu y Hyunwoo Yuk, y Jingjing Wu en MIT.

Protección en capas

Los bioadhesivos que se utilizan actualmente en cirugías mínimamente invasivas están disponibles principalmente como líquidos y colas biodegradables que se pueden esparcir sobre los tejidos dañados. Cuando estos pegamentos se solidifiquen, sin embargo, pueden endurecerse sobre la superficie subyacente más blanda, creando un sello imperfecto. La sangre y otros fluidos biológicos también pueden contaminar las colas, impidiendo una adhesión exitosa al sitio lesionado. Los pegamentos también pueden lavarse antes de que la lesión haya sanado por completo. y, después de la aplicación, también pueden causar inflamación y formación de tejido cicatricial.

Dadas las limitaciones de los diseños actuales, el equipo tenía como objetivo diseñar una alternativa que cumpliera con tres requisitos funcionales. Debe poder adherirse a la superficie húmeda de un sitio lesionado, Evite atarse a cualquier cosa antes de llegar a su destino, y una vez aplicado en un sitio lesionado resiste la contaminación bacteriana y la inflamación excesiva.

El diseño del equipo cumple con los tres requisitos, en forma de parche de tres capas. La capa intermedia es el principal bioadhesivo, hecho de un material de hidrogel que está incrustado con compuestos llamados ésteres NHS. Cuando entre en contacto con una superficie mojada, el adhesivo absorbe el agua circundante y se vuelve flexible y elástico, moldeado a los contornos de un tejido. Simultaneamente, los ésteres en el adhesivo forman fuertes enlaces covalentes con compuestos en la superficie del tejido, creando un sello hermético entre los dos materiales. El diseño de esta capa intermedia se basa en trabajos previos en el grupo de Zhao.

Luego, el equipo intercala el adhesivo con dos capas, cada uno con un efecto protector diferente. La capa inferior está hecha de un material recubierto con aceite de silicona, que actúa para lubricar temporalmente el adhesivo, evitando que se adhiera a otras superficies a medida que viaja a través del cuerpo. Cuando el adhesivo llega a su destino y se presiona ligeramente contra un tejido lesionado, el aceite de silicona se exprime, permitiendo que el adhesivo se una al tejido.

La capa superior del adhesivo consiste en una película de elastómero incrustada con polímeros de ion híbrido, o cadenas moleculares hechas de iones positivos y negativos que actúan para atraer cualquier molécula de agua circundante a la superficie del elastómero. De este modo, La capa exterior del adhesivo forma una piel a base de agua. o barrera contra bacterias y otros contaminantes.

"En cirugía mínimamente invasiva, no tiene el lujo de acceder fácilmente a un sitio para aplicar un adhesivo, "Dice Yuk." Realmente estás luchando contra una gran cantidad de contaminantes y fluidos corporales aleatorios en tu camino hacia tu destino ".

Apto para robots

En una serie de demostraciones, los investigadores demostraron que el nuevo bioadhesivo se adhiere fuertemente a muestras de tejido animal, incluso después de estar sumergido en vasos de precipitados de líquido, incluyendo sangre, durante largos períodos de tiempo.

También utilizaron técnicas inspiradas en el origami para doblar el adhesivo alrededor de los instrumentos comúnmente utilizados en cirugías mínimamente invasivas. como un catéter de globo y una grapadora quirúrgica. Hicieron pasar estas herramientas a través de modelos animales de las principales vías respiratorias y vasos, incluida la tráquea, esófago, aorta, e intestinos. Inflando el catéter con balón o aplicando una ligera presión a la grapadora, pudieron pegar el parche en tejidos y órganos desgarrados, y no encontró signos de contaminación en o cerca del sitio remendado hasta un mes después de su aplicación.

Los investigadores prevén que el nuevo bioadhesivo podría fabricarse en configuraciones pre-plegadas que los cirujanos puedan colocar fácilmente alrededor de instrumentos mínimamente invasivos, así como en herramientas que se utilizan actualmente en cirugía robótica. Buscan colaborar con diseñadores para integrar el bioadhesivo en plataformas de cirugía robótica.

"Creemos que la novedad conceptual en la forma y función de este parche representa un paso emocionante hacia la superación de las barreras traslacionales en la cirugía robótica y facilitando la adopción clínica más amplia de materiales bioadhesivos, "Dice Wu.

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.