por
Inspirándose en las suturas desarrolladas hace miles de años, los ingenieros del MIT han diseñado suturas «inteligentes» que no solo pueden mantener el tejido en su lugar, sino también detectar la inflamación y liberar fármacos.
Las nuevas suturas se derivan de tejido animal, similar a las suturas «catgut» utilizadas por primera vez por los antiguos romanos. En un giro moderno, el equipo del MIT cubrió las suturas con hidrogeles que se pueden incrustar en sensores, medicamentos o incluso células que liberan moléculas terapéuticas.
«Lo que tenemos es una sutura modificada bioderivada con un recubrimiento de hidrogel capaz de ser un reservorio para sensores de inflamación o para medicamentos como anticuerpos monoclonales para tratar la inflamación. Sorprendentemente, el recubrimiento también tiene la capacidad de retener células viables durante un período prolongado, ”, dice Giovanni Traverso, profesor asociado de ingeniería mecánica en el MIT, gastroenterólogo en el Brigham and Women’s Hospital y autor principal del estudio.
Los investigadores prevén que estas suturas podrían ayudar a los pacientes con enfermedad de Crohn a sanar después de la cirugía para extirpar parte del intestino. Las suturas también podrían adaptarse para curar heridas o incisiones quirúrgicas en otras partes del cuerpo, dicen los investigadores.
Los ex postdoctorados del MIT Jung Seung Lee y Hyunjoon Kim son los autores principales del artículo, que aparece hoy en la revista. Materia.
Inspirado en catgut
Las suturas de catgut, que están hechas de hebras de colágeno purificado de vacas, ovejas o cabras (pero no gatos), forman nudos fuertes que se disuelven naturalmente en aproximadamente 90 días. Aunque también están disponibles suturas absorbibles sintéticas, el catgut todavía se usa en muchos tipos de cirugía.
Traverso y sus colegas querían ver si podían aprovechar este tipo de sutura derivada de tejido para crear un material que fuera fuerte y absorbible, y que tuviera funciones avanzadas como la detección y la administración de fármacos.
Tales suturas podrían ser particularmente útiles para los pacientes con la enfermedad de Crohn que necesitan que se les extirpe parte del intestino debido a un bloqueo debido a una cicatrización o inflamación excesivas. Este procedimiento requiere cerrar los dos extremos que quedan después de extraer una sección del intestino. Si no se sujeta firmemente este sello, se pueden producir fugas peligrosas para el paciente.
Para ayudar a reducir este riesgo, el equipo del MIT quería diseñar una sutura que no solo pudiera mantener el tejido en su lugar, sino también detectar la inflamación, una señal de advertencia de que los intestinos cerrados no se están curando correctamente.
Los investigadores crearon sus nuevas suturas a partir de tejido de cerdo, que «descelularizaron» con detergentes, para reducir las posibilidades de inducir inflamación en el tejido del huésped. Este proceso deja atrás un material libre de células que los investigadores llaman «De-gut», que contiene proteínas estructurales como el colágeno, así como otras biomoléculas que se encuentran en la matriz extracelular que rodea las células.
Después de deshidratar el tejido y torcerlo en hebras, los investigadores evaluaron su resistencia a la tracción, una medida de cuánto estiramiento puede soportar antes de romperse, y encontraron que era comparable a las suturas de catgut disponible comercialmente. También encontraron que las suturas De-gut inducían una respuesta inmune significativamente menor de los tejidos circundantes que el catgut tradicional.
«Los tejidos descelularizados se han utilizado ampliamente en medicina regenerativa con su excelente biofuncionalidad», dice Lee. «Ahora proponemos una nueva plataforma para realizar la detección y la entrega utilizando tejido descelularizado, que abrirá nuevas aplicaciones para materiales derivados de tejido».
aplicaciones inteligentes
A continuación, los investigadores se propusieron mejorar el material de sutura con funciones adicionales. Para ello, cubrieron las suturas con una capa de hidrogel. En el hidrogel, pueden integrar varios tipos de carga: micropartículas que pueden detectar inflamación, varias moléculas de fármacos o células vivas.
Para la aplicación del sensor, los investigadores diseñaron micropartículas recubiertas con péptidos que se liberan cuando las enzimas asociadas a la inflamación llamadas MMP están presentes en los tejidos. Estos péptidos se pueden detectar mediante un simple análisis de orina.
Los investigadores también demostraron que podían usar el recubrimiento de hidrogel para transportar medicamentos que se usan para tratar la enfermedad inflamatoria intestinal, incluido un esteroide llamado dexametasona y un anticuerpo monoclonal llamado adalimumab. Estos medicamentos fueron transportados por micropartículas hechas de polímeros aprobados por la FDA, como PLGA y PLA, que se utilizan para controlar la velocidad de liberación del fármaco. Según los investigadores, este enfoque también podría adaptarse para administrar otro tipo de medicamentos, como antibióticos o medicamentos de quimioterapia.
Estas suturas inteligentes también podrían usarse para administrar células terapéuticas como las células madre. Para explorar esta posibilidad, los investigadores incorporaron las suturas con células madre diseñadas para expresar un marcador fluorescente y descubrieron que las células permanecieron viables durante al menos siete días cuando se implantaron en ratones. Las células también pudieron producir factor de crecimiento endotelial vascular (VEGF), un factor de crecimiento que estimula el crecimiento de células sanguíneas.
Los investigadores ahora están trabajando para probar más a fondo cada una de estas posibles aplicaciones y ampliar el proceso de fabricación de suturas. También esperan explorar la posibilidad de usar las suturas en otras partes del cuerpo además del tracto gastrointestinal.
“La sutura intestinal descelularizada desarrollada por el equipo del MIT es una plataforma emocionante para detectar y administrar una amplia gama de terapias, incluidas moléculas pequeñas, productos biológicos y células vivas. El equipo hizo un gran trabajo al demostrar contundentemente la versatilidad de esta plataforma”, dice Omid Veiseh, profesor asociado de bioingeniería en la Universidad de Rice, que no participó en el estudio.
Los otros autores del artículo son Gwennyth Carroll, Gary Liu, Ameya Kirtane, Alison Hayward, Adam Wentworth, Aaron Lopes, Joy Collins, Siid Tamang, Keiko Ishida, Kaitlyn Hess, Junwei Li y Sufeng Zhang.
La investigación fue financiada por Leona M. y Harry B. Helmsley Charitable Trust, el Departamento de Ingeniería Mecánica del MIT, la Fundación Nacional de Investigación de Corea y una beca del Instituto Nacional de Diabetes y Enfermedades Digestivas y Renales Ruth L. Kirschstein NRSA.
