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Un elemento básico en la mesa de trabajo de cualquier ingeniero, la cinta adhesiva es una solución rápida y confiable para grietas y rasgaduras en muchos materiales estructurales. Los ingenieros del MIT ahora han desarrollado un tipo de cinta quirúrgica: un parche adhesivo fuerte, flexible y biocompatible que se puede aplicar fácil y rápidamente a tejidos y órganos biológicos para ayudar a sellar desgarros y heridas.
Al igual que la cinta adhesiva, el parche nuevo es pegajoso por un lado y suave por el otro. En su formulación actual, el adhesivo tiene como objetivo sellar defectos en el tracto gastrointestinal, que los ingenieros describen como los conductos biológicos del cuerpo.
En numerosos experimentos, el equipo ha demostrado que el parche se puede adherir rápidamente a grandes desgarros y pinchazos en el colon, el estómago y los intestinos de varios modelos animales. El adhesivo se adhiere fuertemente al tejido en segundos y se mantiene durante más de un mes. También es flexible, capaz de expandirse y contraerse con un órgano en funcionamiento mientras sana. Una vez que una herida está completamente curada, el parche se rompe gradualmente sin causar inflamación ni adherirse al tejido circundante.
El equipo prevé que el parche adhesivo quirúrgico algún día podría almacenarse en los quirófanos y usarse como una alternativa o refuerzo rápido y seguro a las suturas cosidas a mano para reparar fugas y desgarros en el intestino y otros tejidos biológicos.
«Creemos que esta cinta quirúrgica es una buena tecnología básica para convertirla en un producto real listo para usar», dice Hyunwoo Yuk, investigador del Departamento de Ingeniería Mecánica del MIT. “Los cirujanos podrían usarlo como usan cinta adhesiva en el mundo no quirúrgico. No requiere ninguna preparación ni paso previo. Solo sácalo, ábrelo y úsalo.
Yuk, codirector y coautor correspondiente del estudio, y sus colegas publicaron sus hallazgos hoy en la revista Ciencia medicina traslacional. Otros coautores incluyen al postdoctorado del MIT y autor principal Jingjing Wu; el supervisor del proyecto y coautor correspondiente Xuanhe Zhao, profesor de ingeniería mecánica e ingeniería civil y ambiental en el MIT; y colaboradores de Mayo Clinic y Southern University of Science and Technology.
Un instinto visceral
La nueva cinta quirúrgica se basa en el diseño del equipo de 2019 para cinta de doble cara. Esta primera iteración presentaba una sola capa adhesiva en ambos lados y fue diseñada para unir dos superficies húmedas.
El adhesivo estaba hecho de ácido poliacrílico, un material absorbente que se encuentra en los pañales, que comienza a secarse y absorbe la humedad al entrar en contacto con una superficie o tela húmeda, adhiriéndose temporalmente a la tela en el proceso. . Los investigadores mezclaron en el material ésteres NHS, compuestos químicos que pueden unirse a las proteínas de los tejidos para formar enlaces más fuertes. Finalmente, reforzaron el adhesivo con gelatina o quitosano, ingredientes naturales que conservaron la forma de la cinta.
Los investigadores encontraron que la cinta de doble cara une fuertemente diferentes telas. Pero durante las consultas con los cirujanos, se dieron cuenta de que una versión unilateral podría tener un impacto más práctico.
«En situaciones prácticas, no es común tener que pegar dos tejidos, los órganos deben estar separados entre sí», dice Wu sobre el intestino.
Los cirujanos suelen reparar fugas y desgarros en el tracto gastrointestinal con suturas quirúrgicas. Pero coser los puntos requiere precisión y práctica, y después de la cirugía las suturas pueden dejar cicatrices alrededor de la herida. El tejido entre los puntos también podría desgarrarse, causando una fuga secundaria que puede provocar sepsis.
«Pensamos que tal vez podríamos convertir nuestro elemento adhesivo en un producto para reparar tuberías con fugas, como sellar tuberías con cinta adhesiva», dice Wu.
Misma banda, nueva mierda
Los investigadores primero ajustaron su receta adhesiva, reemplazando la gelatina y el quitosano con un hidrogel más duradero, en este caso, alcohol polivinílico. Este intercambio mantuvo la estabilidad física del adhesivo durante más de un mes, tiempo suficiente para curar una herida intestinal típica. También agregaron una segunda capa superior no pegajosa para evitar que el parche se adhiera al tejido circundante. Este pañal se fabricó con un poliuretano biodegradable que tiene aproximadamente la misma elasticidad y rigidez que el tejido intestinal natural.
«No queremos que el parche sea más débil que la tela, de lo contrario podría explotar», dice Yuk. «Tampoco queremos que sea más rígido porque eso restringiría el movimiento peristáltico en los intestinos, que es esencial para la digestión».
En las pruebas iniciales, el parche se adhirió al tejido, pero también se hinchó, como lo haría un pañal de hidrogel completamente mojado. Esta hinchazón estiró la cinta y el desgarro subyacente que se suponía debía sellar.
«Era un problema casi imposible porque el hidrogel se hincha naturalmente», dice Yuk. «Pero hicimos un truco simple: estiramos un poco la capa adhesiva, luego introducimos la capa no adhesiva, de modo que cuando se aplica a la tela, este estiramiento previo deshace la hinchazón».
Luego, el equipo realizó experimentos para probar las propiedades y el rendimiento del parche. Cuando el parche se colocó en un cultivo con células epiteliales humanas, las células continuaron creciendo, lo que demuestra que el parche es biocompatible. Cuando se implanta bajo la piel de ratas, el parche se biodegrada después de aproximadamente 12 semanas, sin efectos tóxicos.
Los investigadores también aplicaron el parche en los defectos del colon y el estómago de los animales y descubrieron que mantenía un fuerte vínculo mientras las heridas cicatrizaban por completo. También produjo cicatrices e inflamación mínimas en comparación con las reparaciones realizadas con suturas convencionales.
Finalmente, el equipo aplicó el parche a los defectos del colon en los cerdos y observó que los animales continuaban alimentándose normalmente, sin fiebre, letargo u otros efectos adversos para la salud. Después de cuatro semanas, los defectos se curaron por completo, sin signos de fuga secundaria.
En conjunto, los experimentos sugieren que el parche quirúrgico podría reparar de forma segura el daño gastrointestinal y podría aplicarse con la misma facilidad que la cinta comercial. Yuk y Zhao continúan con el desarrollo del adhesivo a través de una nueva empresa y esperan obtener la aprobación de la FDA para probar el parche en entornos médicos.
“Estamos estudiando un problema mecánico fundamental, la adherencia, en un ambiente extremadamente difícil dentro del cuerpo. Hay millones de cirugías en todo el mundo cada año para reparar malformaciones gastrointestinales, y la tasa de fuga puede llegar al 20% en pacientes de alto riesgo”, dice Zhao. «Esta cinta podría resolver ese problema y potencialmente salvar miles de vidas».
Este trabajo fue apoyado por el Centro Deshpande del MIT y los Centros de Investigación y Educación en Ingeniería Mecánica del MIT y SUSTech.
