Los hidrogeles están en todas partes. Son polímeros amantes del agua que pueden absorber y retener agua, y se puede encontrar en productos de consumo cotidianos como lentes de contacto blandas, pañales desechables, ciertos alimentos, e incluso en aplicaciones agrícolas. También son extremadamente útiles en varias aplicaciones médicas debido a su alto grado de biocompatibilidad y su capacidad para degradarse y reabsorberse eventualmente en el cuerpo.

Estas cualidades permiten que los hidrogeles simulen el tejido vivo para el reemplazo o la regeneración de tejido. Una de las más útiles de estas aplicaciones es para curar heridas. Los hidrogeles son ideales para este propósito, con su capacidad para hidratar y formar un ambiente húmedo y de apoyo. Esto facilita procesos beneficiosos para la cicatrización de heridas, como la formación de vasos sanguíneos, la descomposición del tejido muerto, activación de células inmunes, la prevención de la muerte de células vivas y tejidos e incluso el alivio del dolor.

Hidrogeles naturales, particularmente hidrogeles de gelatina metacriloílo (GelMA), se ven favorecidos para la cicatrización de heridas debido a su bioseguridad y biocompatibilidad excepcional. Pero su uso se ve obstaculizado por sus propiedades mecánicas inherentemente pobres, como elasticidad limitada, relativa fragilidad e inflexibilidad, y su incapacidad para adherirse a las superficies de los tejidos. Para mejorar estas características, Se han intentado variaciones en los métodos y componentes de preparación.

Cuando se prepara un hidrogel GelMA, se prepara una solución de gelatina mezclando y disolviendo gelatina en agua. Esto da como resultado una dispersión de cadenas de polímero de gelatina en el agua. Luego se agrega a la solución un químico llamado fotoiniciador, lo que hace que las cadenas de polímero sean pegajosas y permite que se peguen entre sí. La exposición a la luz ultravioleta activa los fotoiniciadores y las cadenas de polímero se entrecruzan entre sí para formar una red. Las moléculas de agua entran en esta red, estirar las cadenas y encerrarse en ellas; esto ilustra los poderes de absorción de los hidrogeles y es el punto donde la gelificación, o solidificación, ocurre.

Las propiedades de este gel se pueden modificar agregando productos químicos que se unen a las cadenas de polímero antes de la exposición a los rayos UV. o los propios parámetros UV pueden variarse para ajustar las propiedades del gel. Algunas de estas modificaciones se han experimentado en intentos anteriores de mejorar las propiedades físicas de GelMA.

Un enfoque fue introducir productos químicos adicionales en la solución de GelMA antes de la reticulación; el hidrogel conjugado químicamente resultante mostró una ligera mejora en la adhesión al tejido. Se han realizado otros intentos para fortalecer GelMA reforzando películas de GelMA conjugadas químicamente delgadas y flexibles con productos químicos adicionales. Pero siguen existiendo desafíos para mejorar las tres propiedades mecánicas de tenacidad, elasticidad y fuerza adhesiva simultáneamente en hidrogeles GelMA.

Un equipo colaborativo del Instituto Terasaki de Innovación Biomédica (TIBI) ha desarrollado métodos para mejorar estas tres propiedades en los hidrogeles GelMA en un procedimiento simple con parámetros de fabricación ajustables.

Los investigadores primero recurrieron a un ejemplo que se encuentra en la naturaleza en su enfoque para mejorar la adhesión en los hidrogeles. Los mejillones marinos segregan hilos fuertes que se utilizan como accesorios y cuerdas para tirar de las rocas y otras superficies irregulares. Para formar estos hilos, los mejillones producen proteínas de adhesión en un ambiente ácido; al exponerse al agua del océano ligeramente alcalina, las proteínas sufren un cambio químico que estimula la formación de hilos.

De manera correspondiente, el equipo de TIBI agregó grandes cantidades de dopamina, un análogo químico de la proteína de adhesión del mejillón, a GelMA para aumentar su fuerza, elasticidad y propiedades adhesivas. También sometieron la mezcla a condiciones alcalinas para aumentar aún más la fuerza adhesiva de GelMA.

Los resultados mostraron que la adición de grandes cantidades de dopamina a la solución de GelMA podría aumentar la elasticidad del hidrogel resultante en casi seis veces y su resistencia en más de tres veces. Otros experimentos mostraron que cuando la dopamina se somete a condiciones alcalinas antes del paso de reticulación, la fuerza adhesiva podría aumentarse hasta cuatro veces y su resistencia a las fuerzas de cizallamiento casi siete veces.

"Los experimentos que hemos realizado proporcionan información valiosa sobre los procedimientos para activar la dureza y la adhesión en hidrogeles basados ​​en GelMA, "dijo Hossein Montazarian, Doctor., primer autor del proyecto.

Los investigadores continuarán experimentando con otras sustancias químicas para optimizar sus efectos sobre las propiedades mecánicas de GelMA. Esto puede conducir a mejoras en aplicaciones adicionales como dispositivos portátiles que se pueden unir a la piel o implantes internos curativos y regenerativos.

"El conocimiento adquirido aquí sobre las propiedades mecánicas fundamentales de los hidrogeles puede tener efectos de gran alcance en las aplicaciones biomédicas, "dijo Ali Khademhosseini, Doctor., Director y CEO de TIBI. "Es uno de los muchos ejemplos de investigación impactante de nuestra plataforma de biomateriales".