El parche adhesivo podría aplicarse rápidamente para reparar pérdidas y desgarros intestinales

Al igual que la cinta adhesiva, el nuevo parche 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 puede adherirse rápidamente a grandes desgarros y picaduras en el colon, el estómago y los intestinos de varios modelos animales. El adhesivo se adhiere fuertemente a las telas en segundos y dura más de un mes. También es flexible, capaz de expandirse y contraerse con un órgano en funcionamiento mientras sana. Una vez que una lesión se ha curado por completo, el parche se degrada gradualmente sin causar inflamación ni adherirse a los tejidos circundantes.

El equipo predice que el parche adhesivo quirúrgico podría almacenarse algún día 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 los intestinos y otros tejidos biológicos.

«Creemos que esta cinta quirúrgica es una buena base tecnológica 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 necesita preparación ni pasos preliminares. Simplemente sáquelo, ábralo y úselo».

Yuk, coautora principal y corresponsal del estudio, y sus colegas publicaron sus hallazgos en la revista Ciencia de la Medicina Traslacional. Otros coautores incluyen al postdoctorado del MIT y autor principal Jingjing Wu; el supervisor del proyecto y coautor Xuanhe Zhao, profesor de ingeniería mecánica e ingeniería civil y ambiental en el MIT; y colaboradores de la Clínica Mayo y la Universidad Austral de Ciencia y Tecnología.

Un instinto visceral

La nueva cinta adhesiva quirúrgica se basa en el diseño del equipo de 2019 para una cinta de doble cara. Esa primera iteración incluía una sola capa que era pegajosa en ambos lados y 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 cuando entra en contacto con una superficie o tela mojada, adhiriéndose temporalmente a la tela durante el proceso. Los investigadores mezclaron ésteres NHS en el material, compuestos químicos que pueden unirse a las proteínas en el tejido para formar enlaces más fuertes. Finalmente, reforzaron el adhesivo con gelatina o quitosano, ingredientes naturales que mantuvieron la forma de la cinta.

Los investigadores descubrieron que la cinta adhesiva de doble cara unía diferentes telas. Pero al consultar 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 unir dos tejidos: los órganos deben estar separados entre sí», dice Wu. «Una sugerencia fue usar este elemento pegajoso para reparar fugas y defectos en el intestino».

Los cirujanos suelen reparar fugas y desgarros en el tracto gastrointestinal con suturas quirúrgicas. Pero coser los puntos requiere precisión y entrenamiento, y después de la cirugía, las suturas pueden provocar cicatrices alrededor de la herida. El tejido entre los puntos también podría desgarrarse, provocando fugas secundarias que podrían provocar sepsis.

«Pensamos que tal vez podríamos convertir nuestro elemento adhesivo en un producto de reparación de intestinos con fugas, similar a sellar los tubos con cinta adhesiva», dice Wu. «Esto nos empujó hacia algo más parecido a una cinta de un solo lado».

Misma cinta, nuevos trucos

Los investigadores primero desarrollaron su receta adhesiva, reemplazando la gelatina y el quitosano con un hidrogel de larga duración, en este caso alcohol polivinílico. Este intercambio mantuvo el adhesivo físicamente estable durante más de un mes, tiempo suficiente para curar una lesión intestinal típica. También agregaron una segunda capa superior no pegajosa para evitar que el parche se adhiera al tejido circundante. Esta capa se hizo 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 porque, de lo contrario, correría el riesgo de reventar», dice Yuk. «Tampoco queremos que sea más rígido porque limitaría el movimiento peristáltico en los intestinos, que es esencial para la digestión».

En las pruebas iniciales, el parche se adhirió a los tejidos, pero también se hinchó, como lo haría un pañal de hidrogel completamente mojado. Este bulto estiró la cinta y el desgarro subyacente que necesitaba sellar.

«Era un problema casi imposible porque el hidrogel se hincha naturalmente», dice Yuk. «Pero hicimos un truco simple: estiramos ligeramente la capa adhesiva, luego introducimos la capa no adhesiva, de modo que cuando se aplica a una tela, el estiramiento previo cancela la hinchazón».

Luego, el equipo realizó experimentos para probar las propiedades y el rendimiento del parche. Cuando el parche se colocó en un cultivo de células de piel humana, 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 a medida que las heridas sanaban 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 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 pérdida secundaria.

Tomados en conjunto, los experimentos sugieren que el parche quirúrgico podría potencialmente reparar de manera segura las lesiones gastrointestinales y podría aplicarse tan fácilmente como la cinta adhesiva comercial. Yuk y Zhao están desarrollando aún más el adhesivo a través de una nueva empresa y esperan obtener la aprobación de la FDA para probar el parche en un entorno médico.

“Estamos estudiando un problema mecánico fundamental, la adherencia, en un ambiente extremadamente difícil, dentro del cuerpo. Hay millones de cirugías en todo el mundo por año para reparar defectos gastrointestinales y la tasa de fuga sube al 20% en alto riesgo pacientes», 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.