Cuando se implantan en el cuerpo dispositivos médicos como marcapasos, suelen provocan una respuesta inmune que lleva a la acumulación de tejido cicatricial alrededor del implante. Esta cicatrización, conocida como fibrosis, puede interferir con el funcionamiento de los dispositivos y puede requerir su extracción. En un avance realizado por ingenieros del MIT y financiado por los Institutos Nacionales de Salud y la Fundación Nacional de Ciencias han encontrado una forma simple y general de eliminar la fibrosis recubriendo los dispositivos con un adhesivo de hidrogel. Este adhesivo une los dispositivos al tejido y evita que el sistema inmunológico lo ataque.
“El sueño de muchos grupos de investigación y empresas es implantar algo en el cuerpo que a largo plazo el cuerpo no verá, y el dispositivo puede proporcionar una funcionalidad terapéutica o de diagnóstico. Ahora tenemos esa 'capa de invisibilidad', y esto es muy general: no hay necesidad de un medicamento, no hay necesidad de un polímero especial”, dice Xuanhe Zhao, profesor de ingeniería mecánica e ingeniería civil y ambiental del MIT.
Cuando se implantan dispositivos médicos en el cuerpo, suelen provocar una respuesta inmune que lleva a la acumulación de tejido cicatricial en el implante
El adhesivo que utilizaron los investigadores en este estudio está hecho de polímeros reticulados llamados hidrogeles y es similar a una cinta quirúrgica que desarrollaron previamente para ayudar a sellar heridas internas. Los investigadores descubrieron que otros tipos de adhesivos de hidrogel también pueden proteger contra la fibrosis, y creen que este enfoque podría usarse no solo para marcapasos sino también para sensores o dispositivos que administran medicamentos o células terapéuticas.
Zhao y Hyunwoo Yuk son los autores principales del estudio, y el estudio está publicado en Nature . El postdoctorado del MIT, Jingjing Wu, es el autor principal del artículo.
En los últimos años, el laboratorio de Zhao ha desarrollado adhesivos para una variedad de aplicaciones médicas, incluidas cintas de una y dos caras que podrían usarse para curar incisiones quirúrgicas o lesiones internas. Estos adhesivos funcionan absorbiendo rápidamente el agua de los pañuelos húmedos, utilizando ácido poliacrílico, un material absorbente utilizado en los pañales. Una vez que se aclara el agua, los grupos químicos llamados ésteres NHS incrustados en el ácido poliacrílico forman fuertes enlaces con las proteínas en la superficie del tejido. Este proceso dura unos cinco segundos.
El estudio está publicado en Nature y Jingjing Wu es el principal autor
Para probar esta idea con la fibrosis, Wu cubrió dispositivos de poliuretano con su adhesivo y los implantó en la pared abdominal, el colon, el estómago, los pulmones o el corazón de ratas. Semanas después, le quitaron el dispositivo y descubrieron que no había tejido cicatricial visible. Pruebas adicionales con otros modelos animales mostraron lo mismo: dondequiera que se implantaran los dispositivos recubiertos de adhesivo, no se produjo fibrosis hasta por tres meses. "Este trabajo realmente ha identificado una estrategia muy general, no sólo para un modelo animal, un órgano o una aplicación", afirma Wu. "En todos estos modelos animales, tenemos resultados consistentes y reproducibles sin ninguna cápsula fibrótica observable".
Utilizando secuenciación masiva de ARN e imágenes fluorescentes, los investigadores analizaron la respuesta inmune de los animales y descubrieron que cuando se implantaron por primera vez dispositivos con recubrimientos adhesivos, las células inmunes como los neutrófilos comenzaron a infiltrarse en el área. Sin embargo, los ataques desaparecieron rápidamente antes de que se pudiera formar tejido cicatricial. "En el caso de los dispositivos adheridos, se produce una respuesta inflamatoria aguda porque se trata de un material extraño", añade Yuk. "Sin embargo, muy rápidamente esa respuesta inflamatoria decayó y luego, a partir de ese momento, ya no se tiene esta formación de fibrosis".
Una aplicación de este adhesivo podría ser recubrimientos para marcapasos epicárdicos, dispositivos que se colocan en el corazón para ayudar a controlar la frecuencia cardíaca. Los cables que entran en contacto con el corazón a menudo se vuelven fibróticos, pero el equipo del MIT descubrió que cuando implantaron cables recubiertos de adhesivo en ratas, permanecieron funcionales durante al menos tres meses, sin formación de tejido cicatricial.
Mooney: “La formación de tejido fibrótico en la interfaz entre los dispositivos médicos implantados y el tejido objetivo es un problema de larga data que habitualmente causa fallas en el dispositivo"
“La formación de tejido fibrótico en la interfaz entre los dispositivos médicos implantados y el tejido objetivo es un problema de larga data que habitualmente causa fallas en el dispositivo. La demostración de que una fuerte adhesión entre el dispositivo y el tejido evita la formación de tejido fibrótico es una observación importante que tiene muchas aplicaciones potenciales en el espacio de los dispositivos médicos”, incluye David Mooney, profesor de bioingeniería de la Universidad de Harvard, que no participó en el estudio. .
Los investigadores también probaron un adhesivo de hidrogel que incluye quitosano, un polisacárido natural, y descubrieron que este adhesivo también eliminaba la fibrosis en estudios con animales. Sin embargo, dos adhesivos tisulares disponibles comercialmente que probaron no mostraron este efecto antifibrótico porque los adhesivos disponibles se desprendieron del tejido y permitieron que el sistema inmunológico atacara.
En otro experimento, los especialistas recubrieron implantes con adhesivos de hidrogel pero luego los sumergieron en una solución que eliminaba las propiedades adhesivas de los polímeros, manteniendo al mismo tiempo su estructura química general. Después de ser implantados en el cuerpo, donde se mantuvieron en su lugar mediante suturas, se produjeron cicatrices fibróticas. Esto sugiere que hay algo en la interacción mecánica entre el adhesivo y el tejido que impide que el sistema inmunológico ataque.
Zhao: "Las investigaciones anteriores en inmunología se han centrado en la química y la bioquímica, pero la mecánica y la física pueden desempeñar papeles equivalentes, y debemos prestar atención a esas señales mecánicas y físicas en las respuestas inmunológicas"
"Las investigaciones anteriores en inmunología se han centrado en la química y la bioquímica, pero la mecánica y la física pueden desempeñar papeles equivalentes, y debemos prestar atención a esas señales mecánicas y físicas en las respuestas inmunológicas", dice Zhao.
Yuk, Zhao y otros han fundado una empresa llamada SanaHeal, que ahora trabaja en el desarrollo de adhesivos tisulares para aplicaciones médicas.
"Como equipo, estamos interesados en informar esto a la comunidad y generar especulación e imaginación sobre hacia dónde puede llegar", dice Yuk. "Hay muchos escenarios en los que las personas quieren interactuar con material extraño o artificial en el cuerpo, como dispositivos implantables, depósitos de medicamentos o depósitos de células".