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Pegamento endurecedor de huesos
Los huesos rotos representan un problema difícil para los cirujanos, que actualmente deben usar tornillos y placas diminutos para mantener los fragmentos en su lugar el tiempo suficiente para que se cure la fractura. Pero un nuevo pegamento, que tiene el poder de adherirse al hueso, podría algún día ayudar a los cirujanos ortopédicos a reparar roturas difíciles, anunciaron hoy los investigadores en el Conferencia de la American Chemical Society en Washington, DC.
Rey del castillo: Los gusanos castillos de arena (que se muestran aquí), que se construyen una casa de arena, inspiraron un adhesivo novedoso que algún día podría usarse para pegar huesos rotos.
La fabricación de pegamento que se adhiere a los huesos y otras superficies húmedas ha demostrado ser una tarea particularmente compleja, ya sea que se deslice de inmediato o se disuelva en el líquido circundante. Russell Stewart, investigador principal e ingeniero biomédico de la Universidad de Utah, encontró su inspiración para el pegamento en el diminuto gusano castillo de arena. El gusano construye su casa en forma de tubo en el fondo del océano usando granos de arena y trozos de concha, cementados en su lugar pieza por pieza como ladrillos y mortero.
El gusano tiene que superar varios problemas al armar un castillo de arena bajo el agua, dice Stewart. Su adhesivo tiene que adherirse a superficies mojadas, y cuando secreta ese adhesivo bajo el agua, tiene que evitar que simplemente se disuelva en el océano. Aunque el pegamento comienza como un líquido, debe endurecerse hasta convertirse en un sólido. El gusano ha resuelto todos estos problemas y estamos tratando de copiar esas soluciones, dice.
Stewart y sus colegas descubrieron que el gusano del castillo de arena usa cambios en el nivel de pH para hacer que el pegamento se endurezca. Dentro del gusano, donde el pH es bajo, el pegamento es un fluido. La exposición al agua de mar, que tiene un pH más alto, hace que el pegamento se solidifique lentamente. Después de algunos retoques, los investigadores recrearon una versión sintética del adhesivo del gusano, un pegamento de poliacrilato que es soluble en agua pero que no se disuelve en líquido, es al menos tan fuerte como Super Glue y es dos veces más fuerte que el pegamento original del gusano. . Los experimentos de cultivo celular no mostraron signos de toxicidad; Las primeras pruebas en ratas parecen respaldar eso y tampoco muestran una reacción inmune inusual.
Existe una gran necesidad en la clínica de mejores pegamentos, dice Jeffrey Karp , ingeniera biológica y química del Hospital Brigham and Women de Boston. Y si bien hay disponibles algunos pegamentos de grado médico muy fuertes, señala que también tienden a ser altamente inflamatorios. La necesidad de un adhesivo que pueda unir huesos y alinear pequeños fragmentos sin inflamación es urgente. Además, dice Karp, el nuevo adhesivo es único en el sentido de que se puede aplicar a una superficie húmeda sin tener que desplazarse del lugar de la lesión. Los pegamentos tienden a ensuciar mucho y los cirujanos tienen grandes dificultades para manipularlos en ambientes húmedos, dice. Es difícil colocarlos directamente en el sitio de interés.
Un vínculo estrecho: Imagen de microscopio electrónico de barrido de dos perlas de vidrio cementadas por un gusano castillo de arena y extraídas del tubo del gusano (recuadro). La imagen más grande es un primer plano de la conexión, que se realizó con el adhesivo del gusano.
Stewart y sus colegas creen que el adhesivo se puede utilizar como complemento de alambres, alfileres y placas: las piezas grandes se pueden sujetar en su lugar con herrajes, mientras que las piezas pequeñas se pueden volver a pegar. Y en fracturas cráneo-faciales, en las que se utilizan alfileres y los tornillos pueden causar daño cosmético permanente, el pegamento podría inyectarse potencialmente con una jeringa, evitando la cirugía abierta.
Uno de nuestros desafíos es mantener piezas muy pequeñas en una alineación muy precisa. Solo tenemos que mantenerlos allí hasta que se curen, solo seis semanas, dice Thomas Higgins , cirujano ortopédico de la Facultad de Medicina de la Universidad de Utah que se especializa en fracturas de articulaciones y ha consultado con Stewart sobre las aplicaciones clínicas del adhesivo. Tener algo que sea líquido y asumiría un estado más rígido cuando lo pones [en el cuerpo], sería mucho más fácil de aplicar y mucho más versátil que lo que usamos ahora, dice. Esto aún es preliminar, pero es muy prometedor.
Más allá de unir huesos, el adhesivo es prometedor para una serie de aplicaciones en ambientes húmedos, desde reparar dientes rotos hasta reparar grietas corrosivas en barcos que salen de dique seco. Será realmente interesante para un dentista o cirujano ortopédico considerar [este tipo de material] como una estrategia para la reparación de huesos y dientes, dice Herbert Waite , bioquímico de la Universidad de California, Santa Bárbara, que no participó en la investigación.
Karp señala que todavía queda mucho trabajo por hacer. La sola idea de formar pegamento en presencia de sangre puede ser muy diferente a formarlo bajo el agua de mar o en condiciones de laboratorio, dice. Pero cree que el grupo ha tenido un buen comienzo. Creo que es un enfoque realmente interesante y novedoso para comprender mejor la biología del gusano castillo de arena para crear nuevos adhesivos, dice Karp. Evolution es el mejor solucionador de problemas. No hay nada que pueda competir con él.