Por Anne Trafton
Um novo adesivo que une superfícies molhadas em segundos pode ser usado para curar feridas ou implantar dispositivos médicos.
Inspirados por uma substância pegajosa que as aranhas usam para capturar suas presas, os engenheiros do MIT projetaram uma fita dupla face que pode selar rapidamente os tecidos.
Em testes em ratos e tecidos de porcos, os pesquisadores mostraram que sua nova fita pode unir tecidos como pulmões e intestinos em apenas cinco segundos. Eles esperam que essa fita possa eventualmente ser usada no lugar de suturas cirúrgicas, que não funcionam bem em todos os tecidos e podem causar complicações em alguns pacientes.
“Existem mais de 230 milhões de cirurgias importantes em todo o mundo por ano e muitas delas requerem suturas para fechar a ferida, o que pode realmente causar estresse nos tecidos e causar infecções, dores e cicatrizes. Estamos propondo uma abordagem fundamentalmente diferente para selar tecidos ”, diz Xuanhe Zhao, professor associado de engenharia mecânica e engenharia civil e ambiental do MIT e principal autor do estudo.
A fita dupla face também pode ser usada para conectar dispositivos médicos implantáveis a tecidos, incluindo o coração, mostraram os pesquisadores. Além disso, funciona muito mais rápido que as colas de tecidos, que geralmente levam alguns minutos para se prenderem firmemente e podem pingar em outras partes do corpo.
Os estudantes de pós-graduação Hyunwoo Yuk e Claudia Varela são os principais autores do estudo, que aparece hoje na revista Nature. Outros autores são Xinyu Mao, estudante de graduação do MIT, professor assistente de engenharia mecânica Ellen Roche, médico de tratamento crítico da Mayo Clinic Christoph Nabzdyk e patologista do Hospital Brigham and Women’s Robert Padera.
Uma vedação justa
A formação de uma vedação justa entre os tecidos é considerada muito difícil porque a água na superfície dos tecidos interfere na adesão. As colas de tecido existentes difundem moléculas adesivas através da água entre duas superfícies de tecido para uni-las, mas esse processo pode levar vários minutos ou até mais.
A equipe do MIT queria criar algo que funcionasse muito mais rápido. O grupo de Zhao já havia desenvolvido outros novos adesivos, incluindo uma supercola de hidrogel que fornece aderência mais dura do que os materiais pegajosos que ocorrem na natureza, como os que mexilhões e cracas usam para se agarrar a navios e rochas.
Para criar uma fita dupla face que pudesse juntar rapidamente duas superfícies úmidas, a equipe se inspirou no mundo natural – especificamente, o material pegajoso que as aranhas usam para capturar suas presas em condições úmidas. Essa cola de aranha inclui polissacarídeos carregados que podem absorver a água da superfície de um inseto quase instantaneamente, limpando um pequeno pedaço seco ao qual a cola pode aderir.
Para imitar isso com um adesivo de engenharia, os pesquisadores projetaram um material que primeiro absorve a água dos tecidos úmidos e depois liga rapidamente dois tecidos. Para absorção de água, eles usavam ácido poliacrílico, um material muito absorvente usado em fraldas. Assim que a fita é aplicada, ela aspira água, permitindo que o ácido poliacrílico forma rapidamente ligações fracas de hidrogênio com os dois tecidos.
Essas ligações de hidrogênio e outras interações fracas mantêm temporariamente a fita e os tecidos no lugar, enquanto grupos químicos chamados ésteres do NHS, incorporados pelos pesquisadores no ácido poliacrílico, formam ligações muito mais fortes, chamadas ligações covalentes, com proteínas no tecido. Isso leva cerca de cinco segundos.
Para tornar sua fita resistente o suficiente para durar dentro do corpo, os pesquisadores incorporaram gelatina ou quitosana (um polissacarídeo rígido encontrado nas cascas de insetos). Esses polímeros permitem que o adesivo mantenha sua forma por longos períodos de tempo. Dependendo do aplicativo para o qual a fita está sendo usada, os pesquisadores podem controlar a rapidez com que ela se decompõe dentro do corpo, variando os ingredientes que entram nela. A gelatina tende a se decompor dentro de alguns dias ou semanas no corpo humano, enquanto a quitosana pode durar mais (um mês ou até um ano).
“Combinando dois conceitos inovadores, a equipe de pesquisa conseguiu aderir rápida e efetivamente à superfície úmida e macia de um tecido, mantendo boas propriedades de adesão e mecânicas por vários dias sem causar muita resposta inflamatória”, diz Costantino Creton, uma pesquisa diretor da ESPCI Paris, que não participou da pesquisa.
Cura rápida
Esse tipo de adesivo pode ter um grande impacto na capacidade dos cirurgiões de selar incisões e curar feridas, diz Yuk. Para explorar possíveis aplicações para a nova fita dupla face, os pesquisadores a testaram em alguns tipos diferentes de tecido de porco, incluindo pele, intestino delgado, estômago e fígado. Eles também realizaram testes em pulmões e traquéia de porco, mostrando que eles poderiam reparar rapidamente os danos a esses órgãos.
“É muito desafiador suturar tecidos moles ou frágeis, como pulmão e traquéia, mas com nossa fita dupla face, em cinco segundos podemos selá-los facilmente”, diz Yuk.
A fita também funcionou bem para selar os danos ao trato gastrointestinal, o que pode ser muito útil na prevenção de vazamentos que às vezes ocorrem após a cirurgia. Esse vazamento pode causar sepse e outras complicações potencialmente fatais.
“Antecipo um tremendo potencial de tradução dessa abordagem elegante em várias práticas clínicas, bem como em aplicações básicas de engenharia, em particular em situações em que operações cirúrgicas, como suturas, não são simples”, diz Yu Shrike Zhang, professor assistente de medicina da Harvard Medical School, que não estava envolvido na pesquisa.
A implantação de dispositivos médicos no corpo é outro aplicativo que a equipe do MIT está explorando. Trabalhando com o laboratório da Roche, os pesquisadores mostraram que a fita poderia ser usada para prender firmemente um pequeno adesivo de poliuretano aos corações dos ratos vivos, do tamanho de uma miniatura. Normalmente, esse tipo de procedimento é extremamente complicado e requer a realização de um cirurgião experiente, mas a equipe de pesquisa conseguiu simplesmente colar o adesivo com a fita pressionando por alguns segundos e permaneceu no local por vários dias.
Além do adesivo cardíaco de poliuretano, os pesquisadores descobriram que a fita poderia anexar com sucesso materiais como borracha de silicone, titânio e hidrogéis aos tecidos.
“Isso fornece uma maneira mais elegante, direta e universalmente aplicável de introduzir um monitor implantável ou dispositivo de administração de medicamentos, porque podemos aderir a muitos locais diferentes sem causar danos ou complicações secundárias ao perfurar o tecido para fixar os dispositivos”, diz Yuk.
Por Anne Trafton em 01 de novembro de 2019
Publicado originalmente em Wevolver
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