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En pruebas en tejidos de ratas y cerdos, los investigadores demostraron que su nueva cinta podría unirse fuertemente a tejidos como los pulmones y los intestinos en solo cinco segundos. Esperan que esta banda pueda 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 importantes en el mundo cada año, y muchas de ellas requieren suturas para cerrar la herida, lo que en realidad puede estresar los tejidos y causar infecciones, dolor e incomodidad. cicatrices. Proponemos un enfoque fundamentalmente diferente para sellar el tejido ", dijo Xuanhe Zhao, profesor asociado de ingeniería mecánica e ingeniería civil y ambiental en el MIT y autor principal del estudio.
Los investigadores han demostrado que la cinta de doble cara también se puede utilizar para unir dispositivos médicos implantables a los tejidos, incluido el corazón. Además, funciona mucho más rápido que los pegamentos de tejido, que generalmente tardan varios minutos en unirse firmemente y pueden fluir a otras partes del cuerpo.
Los estudiantes de posgrado Hyunwoo Yuk y Claudia Varela son los autores principales del estudio, que aparece hoy en La naturaleza. Otros autores incluyen a Xinyu Mao, una estudiante graduada en el MIT, Ellen Roche, profesora asistente de ingeniería mecánica, Christoph Nabzdyk, médico de cuidados intensivos en la Clínica Mayo, y Robert Padera, patólogo en el Hospital Brigham and Women's.
Un sello hermético
Se considera muy difícil formar un sello hermético entre los tejidos porque el agua en la superficie de los tejidos impide la adhesión. Los adhesivos de tejido existentes dispersan las moléculas de adhesivo a través del agua entre dos superficies de tejido para unirlas, pero este proceso puede llevar varios minutos o más.
El equipo del MIT quería idear algo que funcionara mucho más rápido. El grupo de Zhao ya había desarrollado otros adhesivos innovadores, incluido un pegamento a base de hidrogel que proporciona una adhesión más fuerte que los materiales pegajosos de la naturaleza, como los utilizados por mejillones y percebes para calcetines. Colgar en barcos y rocas.
Para crear una cinta de doble cara capaz de conectar rápidamente dos superficies húmedas, el equipo se inspira en el mundo natural, incluido el material adhesivo que las arañas usan para capturar a sus presas en condiciones húmedas. Este pegamento de araña contiene polisacáridos cargados que pueden absorber casi instantáneamente el agua de la superficie de un insecto, eliminando así un pequeño parche seco al que puede adherirse el pegamento.
Para replicar esto con un adhesivo técnico, 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, utilizaron ácido poliacrílico, un material altamente absorbente utilizado en pañales. Tan pronto como se aplica la cinta, absorbe 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 del NHS, que los investigadores incorporaron al ácido poliacrílico, forman enlaces mucho más fuertes, llamados enlaces covalentes. , con las proteínas presentes en los tejidos. Tarda unos cinco segundos.
Los investigadores han incorporado gelatina o quitosano (un polisacárido duro en las conchas de insectos) para que su cinta sea lo suficientemente fuerte como para durar dentro del cuerpo. Estos polímeros permiten que el adhesivo conserve su forma durante largos períodos. Dependiendo de la aplicación para la que se use la banda, los investigadores pueden controlar la velocidad con la que se descompone dentro del cuerpo variando los ingredientes que ingresan. 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).
"Al combinar dos conceptos innovadores, el equipo de investigación ha podido adherirse rápida y efectivamente a la superficie húmeda y suave de un tejido, y mantener una buena adhesión y propiedades mecánicas durante varios días sin causar demasiada reacción inflamatoria". dice Costantino Creton, un investigador. Director de ESPCI Paris, que no participó en la investigación.
Curación rápida
Según Yuk, este tipo de adhesivo podría tener un gran impacto en la capacidad de los cirujanos para sellar incisiones y curar heridas. Para explorar las posibles aplicaciones de la nueva cinta de doble cara, los investigadores han realizado pruebas en diferentes tipos de tejido de cerdo, incluida la piel, el intestino delgado, el estómago y el hígado. También realizaron pruebas en los pulmones y la tráquea de los cerdos, demostrando que podían reparar rápidamente las lesiones de estos órganos.
"Es muy difícil suturar tejidos blandos o frágiles como los pulmones y la tráquea, pero con nuestra cinta de doble cara podemos sellarlos fácilmente en cinco segundos", dice Yuk.
La cinta adhesiva también ha funcionado bien para sellar el daño al tracto gastrointestinal, lo que podría ser muy útil para prevenir fugas que a veces ocurren después de la cirugía. Esta fuga puede causar sepsis y otras complicaciones potencialmente mortales.
"Anticipo el enorme potencial de traducción de este elegante enfoque en diversas prácticas clínicas, así como en aplicaciones básicas de ingeniería, particularmente en situaciones donde las operaciones quirúrgicas, como la sutura, no son simples". , dice Yu Shrike Zhang, profesor asistente de medicina en la Facultad de Medicina de Harvard, que no ha participado en la investigación.
La implementación de dispositivos médicos en el cuerpo es otra aplicación explorada por el equipo del MIT. Trabajando con el laboratorio de Roche, los investigadores mostraron que la cinta podría usarse para unir firmemente un pequeño parche de poliuretano al corazón de las ratas vivas, que son aproximadamente del tamaño de una miniatura. Normalmente, este tipo de procedimiento es extremadamente complicado y requiere un cirujano experimentado, pero el equipo de investigación pudo pegar el parche con su cinta presionando durante unos segundos y permaneciéndolo durante varios días.
Además del parche cardíaco de poliuretano, los investigadores descubrieron que la cinta puede unir con éxito materiales como el caucho de silicona, titanio e hidrogeles a los tejidos.
"Esta es una forma más elegante, más simple y más universalmente aplicable de introducir un monitor implantable o un dispositivo de administración de medicamentos porque podemos adherirnos a muchos sitios diferentes sin causar daños o complicaciones secundarias a la perforación". telas para arreglar 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.
La investigación fue financiada por la National Science Foundation y la Office of Naval Research.
