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Adhesivo "bioinspirado"

Aunque las suturas y grapas, que han sido utilizadas por cirujanos durante décadas, han salvado y mejorado muchas vidas, tienen inconvenientes. La sutura puede consumir mucho tiempo, y extender el procedimiento incrementa la tasa de complicaciones y costos. Además, la sutura en espacios pequeños - por ejemplo, durante la laparoscopia- es un procedimiento difícil. Las grapas pueden ser utilizadas sólo para procedimientos abiertos. Los dispositivos son voluminosos, y la inserción causa daño tisular. Los agujeros que se crean son a menudo más grandes que las grapasmismas y el tejido dañado puede resultar en una infección. Además, las suturas y grapas no dan como resultado un sello a prueba de agua y son típicamente mucho más rígidos que el tejido, causando daño con el tiempo. Pese a estos antecedentes, nuevos descubrimientos, realizados por Li y colegas (Science. 2017 Jul 28;357(6349):378-381) pueden convertir las suturas y grapas en cirugía del pasado.

Los pegamentos y selladores de tejidos han sido considerados prometedores refuerzos y reemplazos para suturas y grapas. Sin embargo, varios obstáculos incluyendo efectos tóxicos, adherencia insuficiente (especialmente en condiciones húmedas), inflexibilidad, y renuencia por parte de los cirujanos - han  impedido un uso más amplio de pegamentos y selladores.

Algunos investigadores han recurrido a la naturaleza para para superar estos desafíos. Existen muchos insectos que pueden servir para obtener material de adhesión a sustratos húmedos dinámicos. Por ejemplo babosas y caracoles contienen un pegamento que es 97% agua, pero que contiene  dos polímeros entrelazados con una capa proteica de carga negativa neta y proteínas con carga positiva. Estos componentes sostienen la integridad de la matriz y ayudan a unir el material a una superficie.

Inspirados por esta composición, Li y sus colegas crearon un hidrogel disipativo con ambos polímeros entrecruzados iónica y covalentemente con una carga negativa neta y un polímero puente que contiene reactivos de acoplamiento con de carga neta positiva (figura 1). Al hacerlo, crearon un material adhesivo que media un contacto fuerte y resistente (logrado por las interacciones de carga, el contacto químico y la interpenetración) que puede estirarse sin ruptura (debido a dos redes elásticas con diferentes grados de rigidez). Usando modelos de cerdos y roedores, los autores encontraron que este nuevo adhesivo se ajusta y se adhiere fuertemente a la piel, cartílago y arterias; cierra los agujeros en el tejido cardíaco; y detiene el sangrado de tras una lesión de tejido hepático.

Figura 1. Parche adhesivo bioinspirado en mucosidad de babosa.

El moco pegajoso que es secretado por una babosa (panel A) ha inspirado el diseño de una cinta de hidrogel sintética, como la recientemente descrita por Li y sus colegas. La cinta se compone de polímeros que actúan como puente, con carga positiva, que se insertan entre el tejido y un hidrogel disipador, resistente y elástico (panel B). El adhesivo sintético tiene una fuerte adhesión a los tejidos húmedos y puede ser utilizado para sellar heridas. Los signos positivos en los círculos rojos indican iones calcio, y los enlaces covalentes son enlaces de amida que se forman por la reacción entre los polímeros cargados positivamente y la superficie tisular mediada por agentes de acoplamiento. EDC denota 1-etil-3- (3-dimetilaminopropil)-carbodiimida, y NHS, N-hidroxisuccinimida.

Primero aplicaron un adhesivo líquido reactivo (conteniendo polímeros puente y agentes de acoplamiento) al parche de hidrogel justo antes de entrar en contacto con el tejido, y luego aplicaron presión por 5 a 30 minutos. Este parche es similar a cintas adhesivas sensibles a la presión, en la que el comportamiento viscoelástico no linear del pegamento disipa energía durante la extracción. Mientras que las cintas sensibles a la presión típicamente pierden su adherencia en condiciones húmedas, el parche de hidrogel se adhiere fuertemente al tejido húmedo y puede cerrar las heridas aprovechando la energía de adherencia y de la propensión al estiramiento con pequeñas fuerzas.

El siguiente paso lógico sería hacer este material biodegradable y susceptible de ser entregado por procedimientos mínimamente invasivos. El material también necesitaría ser fabricado en grandes cantidades y con una estabilidad alta. Otros prometedores adhesivos para tejidos húmedos están en desarrollo, incluyendo adhesivos activados por luz, resistentes, elásticos y biodegradables (inspirados por la babosa y baba de caracol) que han sido aprobados recientemente para su uso en la Unión Europea. Aunque es difícil predecir el futuro, está claro que una comprensión detallada de las fuentes naturales está impulsando nuevas estrategias experimentales.