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May 19, 2023

Gran avance del biopegamento

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El tratamiento inspirado en el pegamento para percebes de SanaHeal puede detener el sangrado severo en el hígado de un cerdo. Crédito: SanaHeal

Sanaheal en Cambridge, Massachusetts, se separó del Instituto de Tecnología de Massachusetts, Cambridge, en 2021.

Hyunwoo Yuk levanta la película adhesiva de un bulto de tejido purpúreo y hace una pequeña incisión. "¡Este es un hermoso hígado de cerdo!" exclama.

Yuk, un ingeniero mecánico convertido en empresario, intenta reparar el corte con un vendaje de película estándar, pero el vendaje no se pega: la superficie del órgano está demasiado húmeda.

Luego, Yuk aplica un pequeño trozo de cinta adhesiva experimental, hecha con la mezcla patentada de polímeros y compuestos químicos de su empresa. Esta cubierta se adhiere rápidamente y comienza a encogerse hacia adentro, cerrando el corte y agregando un refuerzo mecánico que, en un cuerpo vivo, ayudaría a promover la cicatrización de heridas.

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Desarrollado por primera vez en el laboratorio del científico de materiales Xuanhe Zhao en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en Cambridge, el bioadhesivo ofrece una mejora potencial sobre las suturas cosidas a mano y los agentes de control de sangrado existentes para innumerables aplicaciones clínicas1. En pruebas con animales, se ha demostrado que ayuda a sellar lesiones en el colon en cerdos2, reparar lesiones en la piel en ratones3 y colocar dispositivos bioelectrónicos en los corazones palpitantes de ratas4. La misma cinta adhesiva también se puede quitar, sin causar daño observable a los tejidos subyacentes5.

Yuk describe la tecnología como una especie de "cinta adhesiva para cirugía". Así como la cinta de plomería es una herramienta multiusos para cualquier entusiasta del bricolaje, su material bioadhesivo podría proporcionar una solución universal para la reparación de tejidos para los cirujanos.

La cinta también se puede reformular en una pasta similar a la masilla que, cuando se conecta a los hígados y corazones dañados de animales heridos, produce un sello hermético en segundos6. En experimentos con piel de cerdo cubierta de sangre, los cierres creados por esta sustancia pegajosa demostraron ser más fuertes que cualquiera hecho por un puñado de adhesivos disponibles en el mercado que están diseñados para hacer lo mismo.

"Realmente es una plataforma versátil", dice Yuk, director de tecnología de SanaHeal, la empresa derivada que él y Zhao, junto con el médico y científico Christoph Nabzdyk del Brigham and Women's Hospital en Boston, Massachusetts, crearon en 2021 para desarrollar aún más la tecnología. SanaHeal es finalista de The Spinoff Prize 2023.

Los materiales SanaHeal han recibido grandes elogios por sus propiedades adhesivas y su facilidad de uso. "Tienen una preparación para la comercialización y la traducción que los convierte en verdaderos destacados en el campo", dice Jianyu Li, ingeniero de biomateriales de la Universidad McGill en Montreal, Canadá, que no está involucrado con la empresa.

La funcionalidad es especialmente impresionante para Jonathan Wilker, químico de la Universidad de Purdue en West Lafayette, Indiana, dado que la tecnología se basa en polímeros que ya se usan en dispositivos médicos y, por lo tanto, se sabe que son seguros. Wilker, que no forma parte de la empresa, señala que SanaHeal organiza esos materiales de formas innovadoras que permiten un nivel de adherencia sin precedentes en condiciones acuosas. "La química que utilizan no es nada terriblemente exótico", dice Wilker, "pero la llevan a un nivel que muy pocas personas pueden alcanzar".

"Esto representa una mejora significativa en comparación con las técnicas actuales de cierre de heridas", dice Xiaodong Chen, científico de materiales de la Universidad Tecnológica de Nanyang en Singapur, que no está conectado a SanaHeal.

La adhesión de tejidos no era el principal objetivo de Yuk cuando se unió al grupo de laboratorio de Zhao como estudiante de posgrado en 2014.

Primero obtuvo una maestría después de probar hidrogeles (mezclas gelatinosas de polímeros reticulados y agua) en materiales industriales como vidrio, cerámica y metales que a menudo requieren la unión entre dos superficies húmedas. No fue hasta unos años más tarde, después de que Yuk comenzara su doctorado, que la investigación avanzó en una dirección más biológica.

Parte de Nature Outlook: The Spinoff Prize 2023

Comenzó con una sugerencia de Nabzdyk, quien quedó impresionado con los hidrogeles de Yuk y quería probarlos en varios entornos quirúrgicos.

A Yuk le gustó la idea. Siempre había "querido hacer algo médico", dice, especialmente después de que su hermano menor, Youngwoo, cayera desde una ventana del quinto piso en el país de origen de Yuk, Corea del Sur, hace una década, experimentando una hemorragia interna extensa y requiriendo múltiples operaciones para sobrevivir. El accidente le dio a Yuk una visión de las limitaciones de las opciones existentes para el control de hemorragias.

Junto con Nabzdyk, Yuk comenzó, como él dice, "resolviendo un problema de mucho en juego que podría beneficiar directamente a los pacientes".

SanaHeal eventualmente planea avanzar en su tecnología de retención de sangre para aplicaciones quirúrgicas. Pero primero, está buscando oportunidades clínicas en las que el material no permanezca dentro del cuerpo a largo plazo, un área de la medicina en la que el camino regulatorio hacia el mercado es menos difícil. Los esfuerzos se centran en un parche para el cuidado de heridas para las úlceras del pie en personas con diabetes y una pasta bioadhesiva para controlar la pérdida de sangre en situaciones de trauma de emergencia, como durante el combate militar.

"Estos son problemas clínicos importantes", dice Patrick Rivelli, presidente y director ejecutivo de SanaHeal, que se encuentra en el centro biotecnológico de Kendall Square en Cambridge, Massachusetts. El sangrado severo es una de las principales causas de muerte prevenible en el ejército, y las úlceras causan discapacidad y angustia entre millones de personas en todo el mundo con diabetes mal controlada.

Al igual que el material de SanaHeal, otros adhesivos tolerantes a la humedad en desarrollo ofrecen ventajas sobre los productos hemostáticos existentes, todos los cuales tienden a funcionar lentamente y proporcionan solo sellos débiles en condiciones sucias y empapadas de sangre. Pero estas tecnologías rivales tienen sus inconvenientes. Algunos requieren largos períodos de aplicación. Otros necesitan irradiación con luz ultravioleta para curar los materiales.

SanaHeal apunta a una experiencia de usuario menos exigente. "No se necesita ningún paso de preparación", dice Nabzdyk. "Lo tomas. Lo presionas. Y listo".

"Su simplicidad es realmente atractiva", dice Georgios Theocharidis, bioingeniero del Centro Médico Beth Israel Deaconess en Boston. "Es algo que se puede poner allí y dejar durante varios días".

Theocharidis está colaborando con los investigadores de SanaHeal para probar el parche adhesivo en minicerdos diabéticos con llagas abiertas parecidas a úlceras. El año pasado, los investigadores demostraron que vendar las llagas con el material adhesivo autoencogible de SanaHeal condujo a una recuperación más rápida de la piel en comparación con los vendajes hechos con uno de los productos para el cuidado de heridas más utilizados3. "Vemos resultados muy impresionantes", dice Theocharidis.

Gran parte del trabajo de Yuk se inspira en el mundo natural. Su cinta adhesiva, por ejemplo, fue diseñada para imitar cómo las telas de araña absorben la humedad de una manera que ayuda a atrapar insectos. Y su pasta bioadhesiva está inspirada en los percebes, que despliegan secreciones aceitosas para limpiar los contaminantes de las superficies antes de que depositen las proteínas adhesivas.

De hecho, la pasta no es más que la cinta adhesiva original molida en pequeños pedazos y luego mezclada con aceite mineral. El aceite ayuda a eliminar la sangre. Las micropartículas de bioadhesivo absorben el exceso de agua. Y con esos líquidos confusos fuera del camino, el material es libre de adherirse a los tejidos y formar un sello impermeable que detiene el flujo de sangre de una herida (ver 'Venda química de heridas').

Crédito: Alisdair MacDonald

"Desde el punto de vista mecánico, hace exactamente lo mismo que los pegamentos para percebes", dice Yuk. "Esta es la verdadera bioinspiración".

SanaHeal está incursionando en una serie de otras aplicaciones especulativas, como facilitar la conexión de sensores electrónicos en órganos internos o ayudar a reducir la aparición de arrugas, por ejemplo. Pero en el próximo año, las principales prioridades de la compañía son expandir la fabricación de productos de grado clínico a medida que SanaHeal se acerca a la comercialización.

No será fácil. Como señala el bioingeniero Jeffrey Karp del Brigham and Women's Hospital: "Uno de los mayores desafíos es cómo escalar la producción de adhesivos tisulares, lograr un producto no perecedero y no comprometer el rendimiento en el proceso". Y Karp debería saberlo. En 2014, inventó su propio pegamento quirúrgico7, que ahora está siendo desarrollado por la firma de biotecnología Tissium en París.

SanaHeal también deberá "considerar el rendimiento a largo plazo de estos bioadhesivos", dice Chen. Especialmente para aplicaciones en el interior del cuerpo, para las que "es importante encontrar el equilibrio adecuado entre el cierre adecuado de la herida y la velocidad de descomposición".

Yuk es muy consciente de la miríada de obstáculos que se avecinan. Muchos antes que él han intentado, sin éxito, introducir adhesivos para tejidos tolerantes a la humedad en los quirófanos y consultorios médicos. "Es un viejo dragón que todos quieren matar", dice. Pero con sus cintas y pastas adhesivas, Yuk podría haber creado el equivalente médico de San Jorge, un asesino de dragones de importancia legendaria.

doi: https://doi.org/10.1038/d41586-023-01661-2

Este artículo es parte de Nature Outlook: The Spinoff Prize 2023, un suplemento editorialmente independiente producido con el apoyo financiero de terceros. Sobre este contenido.

Yuk, H. et al. Naturaleza 575, 169–174 (2019).

Artículo PubMed Google Académico

Wu, J. et al. Ciencia. Trans. Medicina. 14, eabh2857 (2022).

Google Académico

Theocharidis, G. et al. Naturaleza Biomédica. Ing. 6, 1118–1133 (2022).

Google Académico

Deng, J. et al. Naturaleza Materia. 20, 229–236 (2021).

Google Académico

Chen, X. et al. proc. Academia Nacional. Saber EE. UU. 117, 15497–15503 (2020).

Artículo PubMed Google Académico

Yuk, H. et al. Naturaleza Biomédica. Ing. 5, 1131–1142 (2021).

Artículo PubMed Google Académico

Lang, N. et al. ciencia Traducir Con. 6, 218ra6 (2014).

Artículo PubMed Google Académico

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