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Las babosas inspiran pegamento súper fuerte para sellar heridas

Incluso con los avances de la medicina moderna, los médicos aún sellan las heridas con técnicas aparentemente más apropiadas para círculos artesanales que la sala de operaciones: grapas, kits de costura y pegamento. Gracias a un nuevo invento, la ciencia de los adhesivos médicos puede obtener una modernización moderna. Los investigadores literalmente entregaron piedras para idear un nuevo pegamento súper fuerte de una fuente poco probable: las babosas.

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El estándar de oro actual en adhesivos médicos no es otro que el superpegamento. El compuesto activo en el superglue, el cianoacrilato, es la sustancia más resistente que existe, pero ser fuerte es todo lo que tiene que hacer. Superglue no se adherirá a superficies mojadas, lo que tiende a ser un problema con heridas sangrantes. Una vez aplicado a una superficie seca, se solidifica inmediatamente en un plástico rígido e inflexible que se rompe en lugar de moverse con el cuerpo durante la curación. Para colmo, puede ser tóxico para las células vivas.

"A veces es sorprendente, ¿no?", Dice David Mooney sobre los métodos de sutura rústica disponibles para los médicos. Mooney es profesor de bioingeniería en la Universidad de Harvard, cuya investigación se enfoca en el mundo natural para diseñar nuevos materiales para aplicaciones médicas. "Durante el proceso evolutivo, los organismos tienen que enfrentar una serie de situaciones diferentes", dice. Puede tomar un millón de años, pero en ese tiempo un organismo puede encontrar la forma más elegante y efectiva de reconstruir un caparazón o parchar una herida. Los humanos alcanzan una pistola de grapas.

Mooney y su equipo intentan aportar un poco de la delicadeza del reino animal a las soluciones artificiales a los problemas. Lo llaman "bioinspiración". Jianyu Li, un becario postdoctoral en el laboratorio de Mooney, comenzó la búsqueda de un candidato ejemplar que fuera un bastión de la fuerza y ​​la flexibilidad necesarias para sellar heridas y salvar vidas en un entorno quirúrgico. Después de analizar detenidamente la literatura, "[encontramos] a esta criatura muy fantástica", dice Li. "La babosa."

<i> Arion subfuscus </i> es una babosa naranja común que vive en las regiones templadas del norte de todo el mundo. Su moco protector ha inspirado un nuevo pegamento médico. Arion subfuscus es una babosa naranja común que vive en las regiones templadas del norte de todo el mundo. Su moco protector ha inspirado un nuevo pegamento médico. (Wikimedia Commons)

Arion subfuscus , la babosa en cuestión, podría parecer un candidato poco probable. Estos modestos moluscos anaranjados oxidados llevan una vida sencilla en los jardines y debajo de los troncos en las regiones templadas del norte de todo el mundo, ocupándose de sus propios asuntos. Es decir, hasta que algo les moleste. Si un depredador hambriento intenta tomar un mordisco, la babosa detona un alijo de moco defensivo.

"Cuando descubrí estas babosas y recogí una de ellas, supe que este material era realmente sorprendente", dice Andrew Smith, profesor de biología en el Ithaca College y experto en las propiedades bioquímicas del moco de los moluscos que no participó en el estudio. . "Literalmente exuda la parte posterior de la babosa y se convierte en segundos en un gel elástico muy resistente", dice.

"Lo que lo hace emocionante es que el material es muy resistente", dice Smith. Se puede estirar más de 10 veces su propia longitud, como una banda elástica que no se rompe. Puede endurecerse, pero sigue siendo flexible. A diferencia del superglue, funcionará en superficies mojadas. Y es super, super pegajoso. De hecho, Smith todavía está luchando por quitar el polvo de su equipo de laboratorio.

Transfigurado por el poder del moco, se dispuso a descubrir cómo funcionaba.

"Un gel típico como Jell-o es rígido, pero es frágil; si presiona una cuchara sobre él, se divide", dice Smith. Las babosas han descubierto una forma de ser fuertes donde los postres gelatinosos son débiles. Descubrió que el moco es 97 por ciento de agua, pero tejido con dos polímeros diferentes. El primero está organizado como una red de malla; Proporciona la columna vertebral fuerte. Enredados a través de la malla hay extensas cadenas de polímeros que mantienen la malla unida cuando se estira a largas distancias. Esta llamada matriz doble es la clave para la fuerza y ​​flexibilidad del moco de la babosa.

Luego, las babosas hacen que todo sea pegajoso al revestirlo con proteínas cargadas positivamente que actúan como velcro atómico, uniéndolo a las cargas negativas en las superficies de los tejidos. El resultado neto? Una boca llena de pegamento impermeable cuando un depredador va a tomar un aperitivo. O la inspiración perfecta para un nuevo adhesivo médico ultra fuerte.

Este adhesivo resistente se aplicó a un corazón de cerdo y se estiró para mostrar una fuerte adhesión y durabilidad. (Crédito: Jianyu Li et al., Science 2017)

Basado en el trabajo de Smith que caracteriza el moco de las babosas, Li se propuso replicar sus propiedades en un adhesivo sintético. Mooney y Li señalan que ninguna criatura del jardín se verá perjudicada al hacer su invención. "No tenemos ningún elemento de mucosidad en nuestro material", dice Mooney. "Lo usamos como inspiración".

Después de unos años de prueba y error, Li produjo un prototipo que imitaba perfectamente las propiedades de doble matriz duradera de la babosa, que describen en un estudio publicado hoy en la revista Science . La capa superior es un hidrogel que se puede cortar al tamaño necesario. La segunda capa se aplica como líquido al hidrogel y activa el enlace químico. "Es una cinta adhesiva que se adhiere a algo muy elástico y puede moverse fácilmente con los tejidos", dice Mooney.

El nuevo adhesivo también llega al punto óptimo cuando se trata del momento en un entorno quirúrgico. "No es como si accidentalmente lo tocas con tu piel, está pegado y no puedes quitártelo", dice Mooney. Los cirujanos tendrían unos 10 segundos para colocar el adhesivo en su lugar. Una vez fijado, el adhesivo "puede acomodar el estrés y la tensión que experimentan los tejidos", dice Li, que se esfuerza como un corazón que late, respira y se mueve.

Con un prototipo, el equipo puso a prueba su adhesivo. Realizaron experimentos de estiramiento mecánico, usaron el adhesivo para reparar los hígados de ratas lesionados, e incluso demostraron su fuerza para sellar un gran defecto en un corazón de cerdo latiendo. En cada prueba, su adhesivo inspirado en babosas superó a todos los productos disponibles en el mercado, moviéndose de manera flexible con hígados curativos y corazones que bombean, todo sin toxicidad evidente.

La estrategia del equipo de mirar a la naturaleza para resolver problemas es un valor compartido por Phillip Messersmith, profesor de bioingeniería y ciencia de materiales en la Universidad de California Berkeley, cuya investigación utiliza mejillones como bioinspiración para adhesivos. "Es realmente un estudio muy importante", dice. "Muy bien ejecutado y con importantes implicaciones para las aplicaciones médicas". Aunque Messersmith no tenía reservas técnicas, señala que cualquier aplicación quirúrgica futura requerirá que el material sea biodegradable.

Afortunadamente, una versión biodegradable de estos adhesivos es la siguiente en el expediente. Con una patente pendiente, Li y Mooney también planean evaluar si su invención podría usarse de manera segura en las personas. "En pacientes humanos, la seguridad es primordial, por lo que habrá estudios a largo plazo para tener un alto nivel de confianza en la seguridad", dice Mooney. También están desarrollando una versión del adhesivo que puede inyectarse en lugares de difícil acceso que necesitan reparación. Inspirado por una babosa sin pretensiones debajo de las rocas en su jardín, parece que el cielo es el límite para esta invención.

"Hemos estado trabajando en las babosas por un tiempo, y he estado realmente seguro de que esto conducirá a algo bueno", dice Smith. "Siempre he sentido que esta babosa fue notable y tenía el potencial de conducir a colas realmente útiles, y wow, realmente se mostraron".

Las babosas inspiran pegamento súper fuerte para sellar heridas