Suturas 'inteligentes' que administran fármacos y detectan inflamaciones

Un equipo de ingenieros del Instituto Tecnológico de Massachusetts ((MIT) ha tomado como inspiración unas milenarias técnicas de sutura para diseñar métodos 'inteligentes'. Estos no sólo pueden mantener el tejido en su sitio, sino también detectar inflamaciones y liberar fármacos.

Las nuevas suturas proceden de tejido animal y son similares a las suturas catgut utilizadas por primera vez por los antiguos romanos. En un novedoso giro, el equipo del MIT recubrió los puntos con hidrogeles en los que se pueden incorporar sensores, fármacos o incluso células que liberen moléculas terapéuticas.

"Lo que tenemos es una sutura bioderivada y modificada con un recubrimiento de hidrogel capaz de ser un reservorio para sensores de inflamación, o para fármacos como anticuerpos monoclonales para tratar la inflamación. Sorprendentemente, el recubrimiento también tiene la capacidad de retener células viables durante un periodo prolongado", afirma Giovanni Traverso, profesor asociado de ingeniería mecánica del MIT y autor principal del estudio.

Jung Seung Lee y Hyunjoon Kim, antiguos estudiantes postdoctorales del MIT, son los autores principales del trabajo, que se publica en la revista 'Matter'. Estos investigadores prevén que las suturas también podrían adaptarse para tratar heridas o incisiones quirúrgicas en otras partes del cuerpo.

Hebras de colágeno purificado de vaca, oveja o cabra

Las suturas de catgut, hechas con hebras de colágeno purificado de vaca, oveja o cabra, forman fuertes nudos que se disuelven de forma natural en unos 90 días. Aunque también existen técnicas sintéticas absorbibles, el catgut se sigue utilizando en muchos tipos de cirugía.

Traverso y sus colegas querían ver si podían basarse en este antiguo método romano derivado de tejidos para crear un material que fuera resistente y absorbible, que además tuviera funciones avanzadas como la detección y la administración de fármacos.

Estas suturas podrían ser especialmente útiles para los enfermos de crohn a los que hay que extirpar una parte del intestino debido a una obstrucción por cicatrización o inflamación excesivas. Este procedimiento requiere volver a sellar los dos extremos que quedan tras la extirpación de una sección del intestino. Si ese sellado no es hermético, pueden producirse fugas peligrosas para el paciente.

Para ayudar a reducir este riesgo, el equipo del MIT quería diseñar una técnica que no solo pudiera mantener el tejido en su sitio, sino también detectar la inflamación, una señal de alerta temprana de que los intestinos resecados no están cicatrizando correctamente.

Los investigadores crearon sus nuevas suturas a partir de tejido porcino, que 'descelularizaron' con detergentes, para reducir las posibilidades de inflamación en el tejido huésped. Este proceso deja tras de sí un material libre de células. Los investigadores lo han denominado De-gut y contiene proteínas estructurales como el colágeno, así como otras biomoléculas que se encuentran en la matriz extracelular que rodea a las células.

Tras deshidratar y enhebrar el tejido, evaluaron su resistencia a la tracción –que mide el estiramiento que puede soportar el material antes de romperse- y descubrieron que era comparable a las suturas de catgut disponibles en el mercado. También demostraron que la cicatrización con De-gut induce una respuesta inmunitaria del tejido circundante mucho menor.

"Los tejidos 'descelularizados' se han utilizado mucho en medicina regenerativa por su excelente biofuncionalidad", afirma Lee. "Ahora sugerimos una novedosa plataforma para llevar a cabo la detección y el suministro con estos mismos tejidos, lo que abrirá nuevas aplicaciones de materiales derivados".

Micropartículas recubiertas de péptidos

Los autores se propusieron dotar al material de funciones adicionales. Para ello, recubrieron las suturas con una capa de hidrogel. Dentro de este, pueden incorporar varios tipos de componentes: micropartículas capaces de detectar inflamaciones, diversas moléculas de fármacos o células vivas.

Para la aplicación del sensor, los investigadores diseñaron micropartículas recubiertas de péptidos que se liberan cuando en el tejido hay presentes unas enzimas asociadas a la inflamación llamadas MMP. Esos péptidos pueden detectarse mediante un sencillo análisis de orina.

También utilizaron el recubrimiento de hidrogel para transportar fármacos usados en la enfermedad inflamatoria intestinal, incluido un esteroide llamado dexametasona y un anticuerpo monoclonal llamado adalimumab. Estos medicamentos se trasladaron mediante micropartículas fabricadas con polímeros, que se utilizan para controlar la velocidad de liberación. Según los investigadores, este método también podría adaptarse para administrar otros tipos de fármacos, como antibióticos o quimioterápicos.

Estas suturas también podrían utilizarse para liberar células terapéuticas. El equipo del MIT integró células madre diseñadas para expresar un marcador fluorescente y comprobaron que seguían siendo viables durante al menos siete días cuando se implantaban en ratones. Las células también fueron capaces de producir factor de crecimiento endotelial vascular, el cual estimula el crecimiento de las células sanguíneas.

El equipo planea continúan probando cada una de estas posibles aplicaciones y ampliar el proceso de fabricación de las suturas. También esperan explorar la posibilidad de utilizar las suturas en otras partes del cuerpo distintas del tracto gastrointestinal.

"La sutura intestinal descelularizada desarrollada por el equipo del MIT es una plataforma apasionante para detectar y administrar una amplia gama de terapias, incluidas moléculas pequeñas, productos biológicos y células vivas. El equipo ha hecho un gran trabajo demostrando con solidez la versatilidad de esta plataforma", afirma Omid Veiseh, profesor asociado de bioingeniería de la Universidad Rice, que no participó en el estudio.

Referencia:

Traverso, G. et al. 'A multifunctional decellularized gut suture platform'. 'Matter' (mayo, 2023)