Pegamento para tejidos bioinspirado que repele la sangre podría sellar heridas rápidamente | Noticias del MIT



Inspirándose en la sustancia pegajosa que usan los percebes para adherirse a las rocas, los ingenieros del MIT han diseñado un pegamento fuerte y biocompatible que puede sellar el tejido lesionado y detener el sangrado.

La nueva pasta puede adherirse a las superficies incluso cuando están cubiertas de sangre y puede formar un sello hermético en aproximadamente 15 segundos después de la aplicación. Dicho pegamento podría ofrecer una forma mucho más eficaz de tratar lesiones traumáticas y ayudar a controlar el sangrado durante la cirugía, dicen los investigadores.

"Estamos resolviendo un problema de adhesión en un entorno hostil, que es este entorno dinámico y húmedo de tejido humano. Al mismo tiempo, estamos tratando de traducir este conocimiento fundamental en productos reales que puedan salvar vidas ”, dice Xuanhe Zhao, profesor de ingeniería mecánica, civil y ambiental en el MIT y uno de los autores principales del estudio.

Christoph Nabzdyk, anestesiólogo cardíaco y médico de cuidados intensivos de la Clínica Mayo en Rochester, Minnesota, es también el autor principal del artículo, que aparece hoy en Ingeniería Biomédica de la Naturaleza. El investigador del MIT Hyunwoo Yuk y el becario postdoctoral Jingjing Wu son los autores principales del estudio.

Inspiración natural

Encontrar formas de detener el sangrado es un problema de larga data que no se ha abordado adecuadamente, dice Zhao. Las suturas se usan comúnmente para sellar heridas, pero colocar puntos es un proceso tedioso que generalmente no es posible para los primeros en responder durante una emergencia. Entre los militares, la pérdida de sangre es la principal causa de muerte por lesión traumática, y entre la población en general es la segunda causa principal de muerte por lesión traumática.

En los últimos años, ciertos materiales capaces de detener el sangrado, también llamados agentes hemostáticos, se han vuelto disponibles comercialmente. Muchos de ellos consisten en parches que contienen factores de coagulación, que ayudan a que la sangre se coagule por sí sola. Sin embargo, estos toman varios minutos para formar un sello y no siempre funcionan en heridas que sangran profusamente.

El laboratorio de Zhao ha estado trabajando para resolver este problema durante varios años. En 2019, su equipo desarrolló una cinta de doble cara y demostró que se puede utilizar para cerrar incisiones quirúrgicas. Esta cinta, inspirada en el material pegajoso que usan las arañas para capturar a sus presas en condiciones húmedas, presenta polisacáridos cargados que pueden absorber el agua de una superficie casi instantáneamente, eliminando una pequeña área seca a la que se adhiere.

Para su nuevo pegamento para tejidos, los investigadores se inspiraron una vez más en el mundo natural. Esta vez, centraron su atención en el percebe, un pequeño crustáceo que se adhiere a las rocas, los cascos de los barcos e incluso a otros animales como las ballenas. Estas superficies están mojadas y, a menudo, sucias, condiciones que dificultan el agarre.

“Nos llamó la atención”, dijo Yuk. “Esto es muy interesante porque para sellar los tejidos que sangran hay que luchar no solo contra la humedad sino también contra la contaminación de esta sangre que sale. Hemos descubierto que esta criatura que vive en un entorno marino hace exactamente lo mismo que nosotros para lidiar con problemas de hemorragia complicados. "

El análisis de los investigadores del pegamento de percebe reveló que tiene una composición única. Las moléculas de proteína pegajosas que ayudan a los percebes a adherirse a las superficies están suspendidas en un aceite que repele el agua y cualquier contaminante que se encuentre en la superficie, lo que permite que las proteínas adhesivas se adhieran firmemente a la superficie.

El equipo del MIT decidió intentar imitar este pegamento adaptando un adhesivo que habían desarrollado previamente. Este material pegajoso consiste en un polímero llamado poli (ácido acrílico) incrustado con un compuesto orgánico llamado éster NHS, que proporciona adhesión, y quitosano, un azúcar que fortalece el material. Los investigadores congelaron láminas de este material, lo trituraron en micropartículas y luego suspendieron estas partículas en aceite de silicona de grado médico.

Cuando la pasta resultante se aplica a una superficie húmeda, como un tejido cubierto de sangre, el aceite repele la sangre y otras sustancias que puedan estar presentes, permitiendo que las micropartículas adhesivas se reticulen y se disuelvan, formando un sello hermético sobre la herida. Dentro de los 15 a 30 segundos de aplicar el pegamento, con una presión suave, el pegamento se endurece y el sangrado se detiene, mostraron los investigadores en pruebas en ratas.

Una de las ventajas de este nuevo material sobre la cinta de doble cara que los investigadores diseñaron en 2019 es que la pasta se puede moldear para adaptarse a heridas irregulares, mientras que la cinta podría ser más adecuada para sellar incisiones quirúrgicas o unir dispositivos médicos al tejido, dicen los investigadores. "La pasta moldeable puede fluir y adaptarse a cualquier forma irregular y sellarla", explica Wu. "Esto da a los usuarios la libertad de adaptarse a las heridas sangrantes de formas irregulares de todo tipo".

Mejor control del sangrado

En pruebas en cerdos, Nabzdyk y sus colegas de la Clínica Mayo encontraron que el pegamento podía detener rápidamente el sangrado en el hígado y que funcionaba mucho más rápido y más eficientemente que los agentes hemostáticos disponibles comercialmente con los que lo compararon. Incluso funcionó cuando se administraron anticoagulantes fuertes (heparina) a los cerdos para que la sangre no se coagulara espontáneamente.

Sus estudios han demostrado que el sello permanece intacto durante varias semanas, lo que le da al tejido menos tiempo para sanar, y que el pegamento induce poca inflamación, similar a la que producen los agentes hemostáticos actualmente en uso. El pegamento se reabsorbe lentamente en el cuerpo durante meses y también se puede quitar antes aplicando una solución que lo disuelva, si los cirujanos necesitan intervenir después de la aplicación inicial para reparar la herida.

Los investigadores ahora planean probar el pegamento en heridas más grandes, y esperan que demuestre que el pegamento sería útil en el tratamiento de lesiones traumáticas. También imaginan que podría ser útil durante las cirugías, que a menudo requieren que los cirujanos dediquen mucho tiempo a controlar el sangrado.

"Somos técnicamente capaces de hacer muchas cirugías complicadas, pero en realidad no hemos progresado tan rápido para poder controlar rápidamente el sangrado particularmente severo", dijo Nabzdyk.

Otra posible aplicación sería ayudar a detener el sangrado que se produce en pacientes a los que se les insertan tubos de plástico en los vasos sanguíneos, como los que se utilizan para catéteres arteriales o venosos centrales o para la oxigenación por membrana extracorpórea (ECMO). Durante la ECMO, se utiliza una máquina para bombear la sangre del paciente fuera del cuerpo para oxigenarla. Se utiliza para tratar a personas con insuficiencia cardíaca o pulmonar profunda. Los tubos a menudo permanecen insertados durante semanas o meses, y el sangrado en los sitios de inserción puede provocar una infección.

Los investigadores recibieron fondos del MIT Deshpande Center para ayudarlos a trabajar en la comercialización de su pegamento, lo que esperan hacer después de realizar estudios preclínicos adicionales en modelos animales. La investigación también fue financiada por los Institutos Nacionales de Salud, la Fundación Nacional de Ciencias, la Oficina de Investigación del Ejército de EE. UU. A través del Instituto de Nanotecnologías de Soldados del MIT y la Fundación Zoll.

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