MADRID (EP). Ingenieros biomédicos han desarrollado una gama de selladores quirúrgicos que pueden unir tejidos frágiles o elásticos que se expanden continuamente o se contraen y se relajan, como un pulmón respirando, el corazón latiendo y las arterias con sus pulsos, lo que podría sustituir a procedimientos utilizados en la actualidad por los cirujanos.
Para reparar los órganos y tejidos rotos o perforados, los cirujanos suelen usar grapas, suturas y alambres para juntar y mantener los bordes de la herida juntos para que puedan sanar. Sin embargo, estos procedimientos pueden ser difíciles de realizar en áreas de difícil acceso del cuerpo y las heridas a menudo no están completamente selladas inmediatamente. Además, conllevan el riesgo de que los tejidos resulten más dañados e infectados.
"Los selladores disponibles actualmente no son adecuados para la mayoría de las aplicaciones quirúrgicas y no funcionan solos sin la necesidad de suturar o grapar porque carecen de una combinación óptima de elasticidad, adhesión tisular y fuerza", plantean los investigadores en un nuevo trabajo, recientemente publicado en 'Science Translational Medicine'.
"Usando nuestra experiencia en la creación de materiales para la medicina regenerativa, hemos intentado crear una solución real para este problema en un esfuerzo multidisciplinario de clínicos y bioingenieros", afirma el investigador Ali Khademhosseini, miembro del cuerpo docente asociado en el Instituto Wyss de Harvard para la Ingeniería Biológicamente Inspirada, en Estados Unidos.
El trabajo realizado por un equipo dirigido por Khademhosseini en el Instituto Wyss y Nasim Annabi, de la Universidad del Noroeste, también en Estados Unidos, presenta una solución robusta para la reparación eficiente de heridas en las zonas del cuerpo mecánicamente desafiantes. El equipo también incluyó a expertos del 'Beth Israel Deaconess Medical Center' (BIDMC) en Boston y la Universidad de Sydney, en Australia.
Los investigadores demostraron que un sellador, basado en la elastina, una proteína que transmite la resiliencia humana presente en todos los tejidos elásticos, como la pared de las arterias, la piel y los pulmones, puede afinarse fotoquímicamente para sellar eficazmente incisiones en arterias y pulmones de ratas y para reparar heridas en los pulmones de los cerdos, quedando todas ellas unidas y sin grapas.
En 2013, inspirado en las habilidades naturales y la síntesis de las fibras de elastina, Khademhosseini, Annabi -que en ese momento era investigador postdoctoral en el Instituto Wyss- y Anthony Weiss, profesor de Bioquímica y Biotecnología Molecular en el Centro Charles Perkins y la Facultad de Ciencias de la Universidad de Sydney, comenzaron a explorar las capacidades regenerativas de la tropoelastina, la proteína precursora a partir de la cual el cuerpo tiene elastina funcional.
Esencialmente imitando los mecanismos del cuerpo, los científicos aprendieron a producir grandes cantidades de tropoelastina humana recombinante en bacterias de 'E. coli' y, utilizando un reactivo de fotorreticulación llamado metacrilato y un pulso de luz UV, dispusieron en forma de red diferentes proteínas de tropoelastina en una solución para crear un hidrogel versátil y altamente elástico llamado MeTro. Este trabajo mostró que MeTro podría utilizarse para generar un micro-patrón de matriz a la que las células del corazón pueden adherirse y crecer como constructoras de tejido para la potencial reparación de los daños cardiacos.
Para su estudio más reciente, los científicos aún se asociaron con el neumólogo George Cheng y el jefe de Cirugía Torácica y Neumología Intervencionista Sidhu Gangadharan, de BIDMC. "Al discutir nuestros hallazgos anteriores sobre MeTro con Sidhu y George, nos dimos cuenta de que las lesiones pulmonares, en particular, plantean un problema quirúrgico para el cual aún no existe una solución convincente, y comenzamos a investigar nuestro método de materiales como sellante para pulmón y otros tejidos elásticos", describe Annabi.
Mediante variaciones de las concentraciones del reactivo de reticulación y de la tropoelastina, el equipo generó una gama de hidrogeles MeTro con diferentes elasticidades, así como fuerzas cohesivas y adhesivas tisulares, y luego identificó las composiciones que mejor se comportaron en modelos animales con lesiones pulmonares y vasculares.
La idea detrás de este enfoque fue encontrar fórmulas de MeTro que se acercaran a las elasticidades y fortalezas naturales de los tejidos y que se unirían bien a los tejidos. Estos nuevos geles MeTro podían cerrar perfectamente incisiones en las arterias y punciones en los pulmones de las ratas vivas, permitiendo que los animales que de otro modo hubieran sucumbido al procedimiento sobrevivieran.
"La belleza de una formulación de MeTro es que, tan pronto como entra en contacto con las superficies de los tejidos, se solidifica en una fase similar a un gel sin huir. Luego podemos estabilizarlo endureciéndolo en el sitio con una luz corta, lo que permite que el sellador se coloque con mucha precisión y se adhiera firmemente a las estructuras en la superficie del tejido", detalla Annabi.
Para traducir sus hallazgos más hacia las lesiones pulmonares humanas, el equipo primero probó si MeTro podría también sellan incisiones en pulmones explantados y desinflados de cerdos. Después del hinchado, MeTro fue significativamente más eficaz para sellar las fugas bajo presiones más altas que los selladores y suturas disponibles clínicamente. Es importante destacar que esta tendencia se mantuvo en los experimentos in vivo en los que MeTro podría sellar permanentemente el aire pulmonar severo y fugas de sangre, de nuevo sin aplicar grapas o suturas, según los autores.
Las aplicaciones potenciales son poderosos, como tratar heridas internas graves en los sitios de emergencia, y en las zonas de guerra, así como mejorar las cirugías hospitalarias. "Hemos demostrado que MeTro funciona en una gama de diferentes configuraciones y resuelve problemas que otros selladores disponibles no pueden. Ahora estamos listas para transferir nuestra investigación apruebas en personas. Espero que MeTro pronto se utilice en la clínica, salvando vidas humanas", dice Weiss.
"En nuestros estudios in vivo, MeTro parece permanecer estable durante el periodo en el que las heridas necesitan cicatrizar en condiciones mecánicas exigentes y luego se degrada sin ningún signo de toxicidad, lo que verifica que se trata de un material quirúrgico altamente versátil y un eficiente sellador con potencial más allá de la sutura pulmonar y vascular y sin poner grapas", subraya Khademhosseini.
