Inspirado 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 ratas y tejidos de cerdo, 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 pueda eventualmente usarse en lugar de 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 muchos de ellos requieren suturas para cerrar la herida, que en realidad puede causar estrés en los tejidos y puede causar infecciones, dolor, y cicatrices. Proponemos un enfoque fundamentalmente diferente para sellar tejidos, "dice Xuanhe Zhao, profesor asociado de ingeniería mecánica y de ingeniería civil y ambiental en el MIT y autor principal del estudio.

La cinta de doble cara también se puede utilizar para unir dispositivos médicos implantables a los tejidos, incluido el corazón, los investigadores mostraron. Además, funciona mucho más rápido que los pegamentos de tejidos, que suelen tardar varios minutos en adherirse con fuerza y ​​pueden gotear en otras partes del cuerpo.

Los estudiantes de posgrado Hyunwoo Yuk y Claudia Varela son los autores principales del estudio. que aparece hoy en Naturaleza . Otros autores son el estudiante graduado del MIT Xinyu Mao, Ellen Roche, profesora asistente de ingeniería mecánica del MIT, Christoph Nabzdyk, médico de cuidados intensivos de Mayo Clinic, y el patólogo del Hospital Brigham and Women's, Robert Padera.

Un sello hermético

Se considera muy difícil formar un sello hermético entre los tejidos porque el agua en la superficie de los tejidos interfiere con la adhesión. Los pegamentos de tejido existentes difunden moléculas adhesivas a través del agua entre dos superficies de tejido para unirlas. pero este proceso puede tardar 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, incluyendo un superpegamento de hidrogel que proporciona una adhesión más resistente que los materiales pegajosos que se encuentran en la naturaleza, como las que usan los mejillones y percebes para aferrarse a barcos y rocas.

Para crear una cinta de doble cara que pueda unir rápidamente dos superficies mojadas, el equipo se inspiró en el mundo natural, específicamente, el material pegajoso que utilizan las arañas para capturar a sus presas en condiciones de humedad. Este pegamento de araña incluye polisacáridos cargados que pueden absorber el agua de la superficie de un insecto casi instantáneamente. Limpiar un pequeño parche seco al que se pueda 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, usaron ácido poliacrílico, un material muy absorbente que se utiliza en pañales. Tan pronto como se aplique la cinta, succiona agua, permitiendo 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 incorporaron en el ácido poliacrílico, formar lazos mucho más fuertes, llamados enlaces covalentes, con proteínas en el tejido. Esto tarda unos cinco segundos.

Para hacer su cinta 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 la rapidez con que se descompone dentro del cuerpo variando los ingredientes que entran en él. 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).

Curación rápida

Este tipo de adhesivo podría tener un gran impacto en la capacidad de los cirujanos para sellar incisiones y curar heridas. Yuk dice. Para explorar las posibles aplicaciones de la nueva cinta de doble cara, los investigadores lo probaron en algunos tipos diferentes de tejido de cerdo, incluida la piel, intestino delgado, estómago, e hígado. También realizaron pruebas en pulmones y tráquea de cerdo, mostrando que podrían 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 el daño al tracto gastrointestinal, lo que podría ser muy útil para prevenir las fugas que a veces se producen después de la cirugía. Esta fuga puede causar sepsis y otras complicaciones potencialmente fatales.

La implantación de dispositivos médicos dentro del cuerpo es otra aplicación que el equipo del MIT está explorando. Trabajando con el laboratorio de Roche, Los investigadores demostraron que la cinta podría usarse para unir firmemente un pequeño parche de poliuretano al corazón de ratas vivas. que son del tamaño de una miniatura. 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 de corazón de poliuretano, los investigadores encontraron que la cinta podía unir con éxito materiales como caucho de silicona, titanio, e hidrogeles a los tejidos.

"Esto proporciona una apariencia más elegante, más sencillo, y una forma más universalmente aplicable 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 fijar los dispositivos, "Dice Yuk.

Los investigadores ahora están trabajando con los médicos para identificar aplicaciones adicionales para este tipo de adhesivo y realizar más pruebas en modelos animales.