Curación con hidrogeles | Noticias del MIT



En noviembre, el candidato a doctorado en Ingeniería Mecánica, Hyunwoo Yuk, ganó el primer premio en el Concurso de Inventores Universitarios organizado por el Salón de la Fama de los Inventores Nacional. Yuk fue nombrado Graduate Laureate por su invención SanaHeal, una cinta bioadhesiva que se puede unir fácilmente a tejidos u órganos. Algún día, la cinta podría usarse en lugar de las suturas para promover la curación y minimizar las complicaciones después de la cirugía.

Yuk aceptó el premio unas semanas antes de defender con éxito su tesis doctoral el pasado mes de diciembre. Estos logros marcaron la culminación de un viaje personal que tiene sus raíces en la tragedia familiar.

Mientras estaba terminando su licenciatura, Yuk recibió una llamada indicando que su hermano estaba involucrado en un terrible accidente. Sufrió múltiples lesiones traumáticas y requirió cuidados intensivos. Yuk pasó los siguientes dos años junto a su hermano mientras entraba y salía de quirófanos y unidades de cuidados intensivos.

"Soy 10 años mayor que mi hermano pequeño, así que lo considero un hijo. Ver lo que pasó fue puro dolor ”, dice Yuk.

Los años que pasó con su hermano en el hospital le dieron a Yuk una idea de los problemas y limitaciones de la tecnología médica. Comenzó a abordar estos temas desde una perspectiva de ingeniería.

“Creo que los problemas personales son los mejores problemas que pueden resolver los ingenieros”, agrega Yuk. "Si existe la posibilidad de que pueda hacer algo significativo como inventor para resolver los problemas que enfrentó mi hermano, no hay mejor motivación.

Trabajando con materiales flexibles

Antes del accidente de su hermano, Yuk se centró principalmente en la robótica bioinspirada durante sus estudios de pregrado en el Instituto Superior de Ciencia y Tecnología de Corea (KAIST). Mientras servía en el ejército coreano, Yuk estuvo destinado en una escuela local para ayudar a niños con necesidades especiales. Trabajar con niños con habilidades motoras limitadas inspiró a Yuk a postularse al MIT para sus estudios de posgrado para construir robots para usar en rehabilitación.

Poco después de ser aceptado en el Programa de Posgrado en Ingeniería Mecánica del MIT, Yuk recibió un correo electrónico de un nuevo miembro de la facultad, Xuanhe Zhao, ahora profesor y miembro de Ingeniería Mecánica, George N. Hatsopoulos (1949). Experto en el campo de los materiales flexibles, Zhao buscaba un estudiante de posgrado que liderara la comprensión y el diseño de materiales flexibles, especialmente hidrogeles.

A pesar de ser un recién llegado al mundo de los materiales blandos, Yuk rápidamente se entusiasmó con las interesantes propiedades de los materiales blandos y su potencial único para conectar máquinas y dispositivos artificiales al cuerpo humano. A través de su investigación sobre las interacciones entre humanos y máquinas, Zhao y Yuk comenzaron a explorar las propiedades adhesivas de los hidrogeles.

"La adhesión de materiales blandos, especialmente hidrogeles, atrajo fuertemente nuestros intereses de investigación, ya que la adhesión máxima de los hidrogeles era bastante baja y a menudo conducía a fallas", explica Zhao. “En 2015, propusimos la primera estrategia general para lograr una fuerte adhesión de varios hidrogeles y otros materiales”.

Al igual que los humanos, los hidrogeles están compuestos por polímeros y agua. Las similitudes en las propiedades mecánicas y eléctricas hacen que los tejidos biológicos y los hidrogeles sean compatibles, abriendo así un mundo de aplicaciones biomédicas. Ahora, Zhao y Yuk podrían integrar aún más los hidrogeles en varios materiales, dispositivos e incluso en el cuerpo humano con una robustez sin precedentes.

“Poco a poco empezamos a darnos cuenta de que un gran impacto de los hidrogeles y la adhesión de hidrogel radica en la biomedicina, pero necesitábamos a alguien que pudiera ayudarnos a comprender mejor las demandas clínicas, no satisfecho”, explica Yuk.

Esta función fue desempeñada por Christoph Nabzdyk, médico de cuidados intensivos, anestesiólogo cardiotorácico y profesor asistente de la Clínica Mayo.

Comprender las necesidades clínicas

En 2017, el equipo de investigación fue abordado por Nabzdyk, quien en ese momento era investigador en medicina de cuidados críticos y anestesiología cardiotorácica en el Hospital General de Massachusetts y la Universidad de Harvard. Nabzdyk tenía experiencia en investigación en cicatrización de heridas y nuevos biomateriales. Después de ver a Zhao presente en una conferencia, Nabzdyk vio la oportunidad de aplicar el trabajo de Zhao y Yuk sobre hidrogeles bioadhesivos a la curación de tejidos y órganos.

"A pesar de décadas de investigación, los modos más comunes de sellar los defectos del tejido son las suturas y las grapas, ambos enfoques bastante anticuados y traumáticos para la aproximación del tejido", dice Nabzdyk. “El trabajo bioadhesivo desarrollado por Hyunwoo y Xuanhe tiene amplias implicaciones para varios escenarios de reparación de defectos de órganos, hemostasia y electrónica adhesiva implantable.

Utilizando las conexiones de Nabzdyk, Yuk ha realizado más de 30 entrevistas con cirujanos. Estas entrevistas con los usuarios finales le recordaron a Yuk sus dos años en el hospital con su hermano.

"Me di cuenta de que muchos de los problemas que enfrentaba mi hermano, como hemorragias incontrolables y decenas de cicatrices, podrían haberse resuelto con estos materiales de hidrogel", agrega Yuk.

El equipo de investigación comenzó a explorar la mecánica de impermeabilizar el tejido húmedo. Junto con Ellen Roche, profesora asistente de ingeniería mecánica, y Claudia Varela, estudiante de posgrado, crearon un parche bioadhesivo que puede sellar órganos en segundos. Esta cinta de doble cara podría reemplazar las suturas, previniendo la pérdida de sangre y reduciendo el riesgo de infección, dolor y cicatrices.

“Trabajar en esta investigación es personalmente muy enriquecedor. Siento que he encontrado mi objetivo como ingeniero ”, dice Yuk.

Admite que para tener un impacto real, la cinta bioadhesiva debe trasladarse del laboratorio al quirófano.

Centrarse en el impacto social

Para navegar por el territorio inexplorado de regulaciones, estándares e inversores, Yuk, Zhao y Nabzdyk formaron un equipo, llamado SanaHeal, que buscó asesoramiento y financiación inicial de organizaciones como MIT Deshpande, el Centro de Innovación Tecnológica y el MIT Venture Mentoring Service. Estos programas ayudaron a Yuk a perfeccionar su capacidad para comunicarse en SanaHeal, un conjunto de habilidades que lo ayudó a ganar el premio de posgrado en la Competencia de inventores universitarios.

Además de ganar el Concurso de Inventores Universitarios, Yuk ha recibido varios elogios, incluido el haber sido nombrado uno de los Forbes 30 Under 30, recibir el premio Graduate Student Award de oro de la Materials Research Society y obtener el primer lugar en los premios MIT Florez. Según sus colaboradores, estos honores son bien merecidos.

“Impulsado por la necesidad real de mejorar la salud de su hermano menor, Hyunwoo ha trabajado largas horas durante los últimos seis años y medio, copresentando más de 10 solicitudes de patente, dirigiendo o co-supervisando más de 15 artículos, incluidos dos en La naturalezay motivar y cuidar a otros miembros del equipo. Dijo Zhao. "No puedo esperar a ver cómo Hyunwoo y SanaHeal impactan a su familia, a otros pacientes y al mundo".

“Hyunwoo se destaca incluso entre sus compañeros ya brillantes. No he trabajado con nadie que en una etapa tan temprana de su carrera tuviera una lista tan larga de logros académicos y un nivel avanzado de pensamiento científico ”, agrega Nabzdyk. "A pesar de todo su arduo trabajo y su empuje, el propio Hyunwoo es una persona gentil y cariñosa, un alma gentil y humilde".

Con la finalización de sus estudios de doctorado, Yuk busca expandir SanaHeal para que pueda tener un impacto real salvando vidas o ayudando a quienes como su hermano han sufrido lesiones traumáticas.

"Parece que estamos listos para avanzar en el campo de batalla real", dice. “Pasé de la mentalidad de una investigación académica a una que está más orientada a la traducción y enfocada en el impacto social que nuestro trabajo puede tener”.

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