Inspirado por uma substância pegajosa que as aranhas usam para pegar suas presas, Os engenheiros do MIT projetaram uma fita dupla-face que pode selar rapidamente os tecidos.

Em testes em tecidos de ratos e suínos, os pesquisadores mostraram que sua nova fita pode prender tecidos como pulmões e intestinos em apenas cinco segundos. Eles esperam que esta 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 de grande porte em todo o mundo por ano, e muitos deles requerem suturas para fechar a ferida, que pode realmente causar estresse nos tecidos e pode causar infecções, dor, e cicatrizes. Estamos propondo uma abordagem fundamentalmente diferente para selar o tecido, "diz Xuanhe Zhao, professor associado de engenharia mecânica e de engenharia civil e ambiental no MIT e autor sênior do estudo.

A fita dupla-face também pode ser usada para prender dispositivos médicos implantáveis ​​a tecidos, incluindo o coração, os pesquisadores mostraram. Além disso, funciona muito mais rápido do que as colas de tecido, o que geralmente leva vários minutos para ficar firme e pode pingar em outras partes do corpo.

Os alunos de pós-graduação Hyunwoo Yuk e Claudia Varela são os principais autores do estudo, que aparece hoje em Natureza . Outros autores são o estudante de graduação do MIT Xinyu Mao, Ellen Roche, professora assistente de engenharia mecânica do MIT, O médico de cuidados intensivos da Mayo Clinic, Christoph Nabzdyk, e Robert Padera, patologista do Brigham and Women's Hospital.

Um selo apertado

A formação de uma vedação firme entre os tecidos é considerada muito difícil porque a água na superfície dos tecidos interfere na adesão. As colas de tecido existentes difundem as 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 uma adesão mais resistente do que os materiais pegajosos que ocorrem na natureza, como aqueles que mexilhões e cracas usam para se agarrar a navios e rochas.

Para criar uma fita dupla-face que pudesse juntar rapidamente duas superfícies molhadas, a equipe se inspirou no mundo natural - especificamente, o material pegajoso que as aranhas usam para capturar suas presas em condições úmidas. Esta cola de aranha inclui polissacarídeos carregados que podem absorver água da superfície de um inseto quase que instantaneamente, limpando uma pequena mancha seca à qual a cola pode aderir.

Para imitar isso com um adesivo de engenharia, os pesquisadores desenvolveram um material que primeiro absorve água dos tecidos úmidos e depois liga rapidamente dois tecidos. Para absorção de água, eles usaram ácido poliacrílico, um material muito absorvente que se usa em fraldas. Assim que a fita for aplicada, suga agua, permitindo que o ácido poliacrílico forme rapidamente ligações fracas de hidrogênio com ambos os tecidos.

Essas ligações de hidrogênio e outras interações fracas mantêm temporariamente a fita e os tecidos no lugar, enquanto os grupos químicos chamados de ésteres NHS, que os pesquisadores incorporaram no ácido poliacrílico, formam laços 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 em cascas de insetos). Esses polímeros permitem que o adesivo mantenha sua forma por longos períodos de tempo. Dependendo da aplicação para a qual a fita está sendo usada, os pesquisadores podem controlar a rapidez com que ele se decompõe dentro do corpo, variando os ingredientes que entram nele. A gelatina tende a se decompor em alguns dias ou semanas no corpo humano, enquanto a quitosana pode durar mais (um mês ou até um ano).

Cura rápida

Este tipo de adesivo pode ter um grande impacto na capacidade dos cirurgiões de selar incisões e cicatrizar feridas, Yuk diz. Para explorar as aplicações possíveis para a nova fita dupla-face, os pesquisadores testaram em alguns tipos diferentes de tecido de porco, incluindo pele, intestino delgado, estômago, e fígado. Eles também realizaram testes em pulmões e traqueia de porcos, mostrando que eles podem reparar rapidamente os danos a esses órgãos.

"É muito desafiador suturar tecidos moles ou frágeis, como o pulmão e a traqueia, mas com nossa fita dupla-face, em cinco segundos podemos facilmente lacrá-los, "Yuk diz.

A fita também funcionou bem para selar 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.

O implante de dispositivos médicos dentro do corpo é outra aplicação que a equipe do MIT está explorando. Trabalhando com o laboratório da Roche, os pesquisadores mostraram que a fita pode ser usada para prender firmemente um pequeno adesivo de poliuretano no coração de ratos vivos, que são aproximadamente do tamanho de uma miniatura. Normalmente, este tipo de procedimento é extremamente complicado e requer um cirurgião experiente para ser executado, mas a equipe de pesquisa foi capaz de 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 pode prender com sucesso materiais como borracha de silicone, titânio, e hidrogéis para tecidos.

"Isso proporciona um aspecto mais elegante, mais simples, e uma forma mais universalmente aplicável de introdução de um monitor implantável ou dispositivo de entrega de drogas, porque podemos aderir a muitos locais diferentes sem causar danos ou complicações secundárias de perfurar o tecido para fixar os dispositivos, "Yuk diz.

Os pesquisadores agora estão trabalhando com médicos para identificar aplicações adicionais para esse tipo de adesivo e para realizar mais testes em modelos animais.