Fuerte bio-pegamento desarrollado a partir de una humilde babosa de tierra
Los desafíos para poder cerrar una herida, más aún si está húmeda, pueden ser insalvables. Además de humedad, el cuerpo humano y de otros animales, está compuesto de sangre y varios líquidos como el plasma sanguíneo y los líquidos intra y extracelulares que impiden que las lesiones internas se puedan reparar exitosamente.
Una gran cantidad de los adhesivos que son utilizados actualmente no son adecuados para su uso “in vivo” dada su alta toxicidad celular. Además, quedan rígidos al secarse y su unión a los tejidos se realiza con escasa eficacia y resistencia.
La solución adhesiva
Investigadores del Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering y the Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) publicaron en la prestigiosa revista Science, el estudio a través del cual formularon un «adhesivo resistente» muy fuerte y biocompatible, que tiene la capacidad de unir a los tejidos, incluso si están humedecidos: «La característica clave de nuestro material es la combinación de una fuerza adhesiva muy fuerte y la capacidad de transferir y disipar el estrés, que históricamente no se han integrado en un solo adhesivo«, en palabras de Dave Mooney del Instituto Wyss y de Robert P. Pinkas de SEAS.
La inspiración que provino de la naturaleza
El profesor asistente de la McGill University Jianyu Li, tenía en mente la forma de mejorar la calidad de los adhesivos utilizados con fines médicos, para lo cual dio con la solución en un humilde animal: la babosa Arion subfuscus, cuyo hábitat se encuentra principalmente en Europa y E.E.U.U.
Este pequeño molusco terrestre segrega un tipo especial de compuesto mucoso ante una amenaza, lo que lo vuelve muy difícil de levantar de la superficie por parte de un depredador.
Los estudios de este químico pegajoso determinaron su composición, consistente en una matriz de alta resistencia y cohesividad, con proteínas cargadas positivamente. Este hallazgo sirvió de inspiración a Li y su equipo para idear un hidrogel formado de una doble capa, compuesta de una matriz consistente en alginato-poliacrilamida, que sirve de soporte para la capa de características adhesivas con polímeros de carga positiva que emerge a través de su superficie.
Estos polímeros cargados positivamente son capaces de unirse de manera muy fuerte, por medio de tres mecanismos:
- Una poderosa atracción de tipo electrostática, entre el hidrogel positivo y las superficies celulares con carga negativa.
- Los enlaces o uniones covalentes, de carácter muy fuerte y estable, que se establecen entre los átomos vecinos.
- La interpenetración a nivel físico entre las estructuras participantes.
Li explica que la matriz reviste una gran importancia para la efectividad del bio-pegamento, ya que «La mayoría de los diseños de materiales anteriores se han centrado sólo en la interfaz entre el tejido y el adhesivo. Nuestro adhesivo es capaz de disipar la energía a través de su capa matriz, lo que permite que se deforme mucho más antes de que se rompa. »
En la matriz, los iones de calcio se han unido al hidrogel por medio de enlaces de tipo iónico, que se rompen primero al aplicar la tensión al bio-pegamento, permitiendo de esta manera que la matriz de alginato-poliacrilamida absorba gran parte de la energía liberada, evitando de esta forma que se rompa dicha estructura.
Los experimentos que avalan su utilidad
Las pruebas experimentales se han realizado en una gran cantidad de tejidos de cerdo, tanto húmedos y secos, incluyendo cartílago, piel, arterias, corazón e hígado, que evidenciaron una capacidad adhesiva muy superior a los adhesivos médicos convencionales.
Este bio-pegamento también fue capaz de mantener su capacidad de unión y estabilidad durante dos semanas al ser implantado en ratas. Así mismo, se hicieron pruebas con un corazón de cerdo al que se le realizó un orificio, que luego se selló con el pegamento. Esta víscera fue posteriormente inflada y desinflada mecánicamente, para luego ser sometida a varias decenas de miles de estiramientos.
Con su aplicación no se evidenció ningún daño a los tejidos o compromiso adhesivo de los tejidos adyacentes al ser aplicado en una hemorragia hepática en ratones.
Usos posibles
Un bio-pegamento de tales características tiene innumerables aplicaciones en el ámbito médico: ya sea a modo de parche que se puede cortar en las medidas que se requieran para ser aplicados a nivel superficial o en forma de solución inyectable para aquellas lesiones que se encuentran en niveles más profundos.
Su utilidad puede extenderse a otros objetivos, como para unir dispositivos médicos a algún órgano o estructura específica para monitorizar.
Según el coautor de este promisorio producto, Adam Celiz, profesor del Department of Bioengineering, Imperial College London: «Podemos hacer estos adhesivos de materiales biodegradables, por lo que se descomponen una vez que han cumplido su propósito. Incluso podríamos combinar esta tecnología con robótica para fabricar robots pegajosos, o con fármacos para fabricar así un nuevo vehículo para la entrega de mdicamentos «.
Financiamiento
Esta investigación contó con el financiamiento Wyss Institute at Harvard University, NSF, Materials Research Science & Engineering Centers at Harvard University, NIH, Science Foundation Ireland, Tsinghua University y del Marie Curie International Outgoing Fellowship.
Todo esto gracias a una humilde babosa: «La naturaleza ha encontrado con frecuencia soluciones elegantes a problemas comunes. Es cuestión de saber dónde buscar y reconocer una buena idea cuando se ve”.
