La práctica y simple tirita no volverá a ser la misma! Ingenieros del Instituto de Tecnología de Massachusetts han llegado con el último modelo de palo en el vestidor: un material pegajoso, elástico, similar a un gel que puede incorporar sensores de temperatura, luces LED y otros aparatos electrónicos, así como pequeños o grandes depósitos administradores de medicamentos y canales.
El «vendaje para heridas inteligente» libera la medicación según sea necesaria, en respuesta a los cambios de temperatura de la piel. Incluso puede encenderse si el suministro de medicamentos se está agotando.
El nuevo apósito se extiende con el cuerpo. No sólo va a permanecer en su lugar cuando el usuario doblara la rodilla o el codo, pero sus estructuras y sistemas electrónicos incorporados también permanecen intactos y funcionales cuando se estira.
El equipo que diseñó y creó el nuevo apósito de hidrogel fue dirigido por el Prof. Xuanhe Zhao, del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) Departamento de Ingeniería Mecánica.
La investigación se publica en Nature Materials.
¿Qué es un hidrogel?
Los hidrogeles se presentan en diversos productos de uso diario, desde lentes de contacto blandas y preservativos a los pañales desechables. Gel para el cabello, pasta de dientes y cristales de agua, todos hacen uso de hidrogeles. Los hidrogeles de alginato combinados con aloe vera proporcionan un apósito para heridas que mantiene la herida húmeda y permite la regeneración de las células.
Gavin Braithwaite, de la Cambridge Polymer Group en Boston, MA, señala que los hidrogeles son hidrófilos, con el potencial para contener 80% o más de agua, lo que permite el transporte de solutos permeables. También pueden ser viscoelásticos y lubricantes. También son sensibles al medio ambiente. Todas estas propiedades hacen de ellos totalmente multi-funcionales.
A pesar de satisfacer una amplia gama de funciones, los hidrogeles están soñando con un futuro brillante, incluyendo un papel en el nuevo crecimiento de la médula espinal, los nervios y la ingeniería de tejidos, e incluso la regeneración de órganos.
La estructura del hidrogel es la clave de su éxito. Sus enlaces cruzados físicos o químicos de cadenas de polímero hidrófilo, permiten a cualquiera el contener o absorber el agua hasta el 99% de su volumen.
Para crear hidrogeles, las cadenas poliméricas que forman su base, o bien se sintetizan o son derivados de polímeros naturales químicamente. Estos pueden ser proteínas, como el colágeno y la gelatina, o polisacáridos, tales como almidón, alginato y agarosa. Las fuentes naturales de hidrogeles incluyen cáscara de los camarones y algas.
El alto contenido de agua hace que sea suave, «blando» y flexible, como lentes de contacto, o muy absorbentes, como en los pañales de los bebés. También pueden ser bastante frágiles. Sus características dependen de su composición.
Los científicos de materiales, que tienen desde hace algún tiempo visto el potencial de hidrogeles para diferentes aplicaciones, han estado empujando los límites de esta sustancia excepcional.
Apósitos de hidrogel
Los apósitos de hidrogel no son nuevos, ya que los primeros datan de la década de 1950. Sin embargo, los acontecimientos recientes están produciendo algunos conceptos revolucionarios.
Los apósitos de hidrogel conocidos incluyen geles que fluyen libremente, disponibles en tubos y paquetes de aluminio, preparados en los casos de hidrogel que están saturados en una almohadilla de gasa o tiras, o una hoja de gel soportado por una malla de fibra fina.
Los apósitos de hidrogel proporcionan humedad, promueven la curación y eliminan el tejido muerto de heridas. El alto contenido de agua enfría la herida y alivia el dolor. Los hidrogeles también evitan que el apósito se pegue a la superficie de la herida.
Los hidrogeles son fuertes y flexibles, y pueden ser porosos, lo que permite la difusión, o densos, dependiendo de la composición. Se pueden adaptar para satisfacer diferentes necesidades.
La Universidad de Wollongong en Australia describe a los hidrogeles como «algunos de los materiales más bio-compatibles en el planeta.» De hecho, los cuerpos de animales se componen principalmente de hidrogeles.
Los tejidos corporales e hidrogeles sintéticos tienen mucho en común, y los productos más nuevos tienen propiedades similares a los tejidos del cuerpo, por lo que son un buen candidato para una creciente gama de aplicaciones médicas.
Los científicos han estado trabajando para aprovechar estas propiedades, con la esperanza de crear un «material inteligente» que va a imitar el tejido y la función biológica.
El nuevo hidrogel
La nueva matriz de hidrogel es altamente estirable, transparente y puede detectar temperaturas en diferentes lugares en la piel. Los científicos también han incorporado una serie de notables características adicionales.
Para permitir la liberación sostenida de fármacos, los científicos hicieron vías en la matriz mediante la inserción de tubos o perforaron agujeros minúsculos. También crearon pequeños depósitos de fármaco y sensores de temperatura adicionales, regularmente espaciados. Otros componentes electrónicos que se utilizan para mejorar el material de titanio incluyen cables conductores y los chips semiconductores.
Durante la prueba, el sistema permitió que los medicamentos falsos fluyeran a través del hidrogel y se entregarán en la demanda. Los sensores activados el apósito controlan la temperatura de la piel y liberan fármacos a diferentes partes del cuerpo según sea necesario, incluso cuando el apósito se haya altamente estirado. Los sensores también pueden medir los signos vitales.
Un sistema de luces LED se ha incorporado, trabajabando incluso cuando se estira a través de la rodilla y el codo, indicando que los niveles de la droga fueron bajas en los embalses.
Un alambre de titanio, encapsulado en la matriz, forma un conductor transparente y elástico que mantiene la conductividad eléctrica constante.
El Prof. Zhao explica por qué una matriz de hidrogel podría ser la clave para el uso de la electrónica en el contexto biomédico:
«Si usted quiere poner la electrónica en estrecho contacto con el cuerpo humano para aplicaciones tales como monitoreo de atención de la salud y la administración de fármacos, es altamente deseable que los dispositivos electrónicos sean suaves y elásticos para adaptarse al entorno del cuerpo humano. Esa es la motivación para la electrónica, que este nuevo hidrogel puede ser estirado. Es necesario pensar en la estabilidad a largo plazo de los hidrogeles e interfaces».
La textura, la sensibilidad y la capacidad mecánica de la nueva tirita científica trae un paso más hacia los tejidos biológicos artificiales que realmente imitan las funciones de la naturaleza.
Aplicaciones: presente y futuro
Un uso inmediato del apósito, sugieren los investigadores, sería para el tratamiento de quemaduras u otras condiciones dermatológicas.
La capacidad de liberación de fármacos específicos, desde los depósitos específicos de la demanda, en respuesta a las reacciones recogidas por los sensores de lugares específicos, y para hacer esto constantemente con el tiempo, traería importantes beneficios.
Nos preguntamos si el profesor Zhao cree que el apósito inteligente sería adaptable, o si tendría que ser comprado previamente elaborado:
«El vendaje inteligente de corriente puede ser programado por los médicos o profesionales de la salud, tales como el tipo y la dosis de los medicamentos entregados.»
En términos de costo, dijo: «Puesto que los materiales (hidrogeles) y dispositivos (sensores) son de un coste relativamente bajo, esperamos que el sistema sea asequible.»
Hasta el momento, el profesor Zhao dijo que el apósito no ha sido probado para determinar la capacidad terapéutica, pero el equipo está trabajando actualmente en ensayos in vivo del dispositivo a base de hidrogel.
En el siguiente video, el profesor Zhao habla de las propiedades del nuevo apósito de hidrogel y para lo que podría ser utilizado:
Aparte de su papel como un apósito superficial, los científicos creen que el material podría ser utilizado para aplicar la electrónica en el interior del cuerpo.
Según el Prof. Zhao:
«Se espera que los nuevos dispositivos que constan de la electrónica integrada con hidrogeles biocompatibles puedan encontrar una amplia gama de aplicaciones en el área biomédica.»
La matriz podría ser utilizada en implantes, tales como válvulas para controlar el flujo de fluidos micro fl o en microlentes que cambiarían su forma. Los dispositivos de implantación que incorporan hidrogeles podrían apoyar la salud móvil, o sistemas.
Los sensores de glucosa existentes tienden a desencadenar una reacción inmune, que cubre el sensor con fibras densas, de modo que tienen que ser reemplazados a menudo. El equipo cree que el nuevo hidrogel podría utilizarse para crear un producto más robusto y de larga duración.
Del mismo modo, dice el profesor Zhao, el nuevo hidrogel podría mejorar la eficacia de las sondas neurales.
Comparando el cerebro a «un plato de Jell-O», señala que el hidrogel tiene propiedades fisiológicas similares. Junto con su potencial mecánico, podría ser un candidato adecuado para sondas neurales.
En un futuro cercano, los hidrogeles están siendo considerados como andamios potenciales para nuevos tejidos, y posiblemente incluso como base para nuevos órganos, en lo que se conoce como medicina regenerativa.
Esto implicaría la siembra o encapsular células del tejido requerido en el hidrogel. El hidrogel sería entonces inyectado en el cuerpo, donde sería reemplazar el tejido dañado y permitir el suministro de nutrientes. A medida que las células se reproducen, el andamio de hidrogel se degradaría, y el nuevo tejido lo sustituiría con el tiempo.
Datos básicos sobre el hidrogeles:
- En la industria, los hidrogeles se utilizan en la limpieza de residuos y otros;
- Los bienes de consumo que contienen hidrogeles incluyen gel para cabello y cosméticos;
- Las aplicaciones médicas incluyen lentes de contacto, la liberación del fármaco, guías nerviosas, recubrimientos, aumento de volumen del tejido.
