Inspirándose en las suturas desarrolladas hace miles de años, los ingenieros del MIT han diseñado suturas « inteligentes » que no solo pueden mantener el tejido en su lugar, sino también detectar la inflamación y liberar fármacos.

Las nuevas suturas se derivan de tejido animal, similar a las suturas « catgut » utilizadas por primera vez por los antiguos romanos. En un giro moderno, el equipo del MIT recubrió las suturas con hidrogeles que se pueden incrustar con sensores, medicamentos o incluso células que liberan moléculas terapéuticas.

« Lo que tenemos es una sutura que es bioderivada y modificada con un recubrimiento de hidrogel capaz de ser un reservorio para sensores de inflamación o para medicamentos como anticuerpos monoclonales para tratar la inflamación. Sorprendentemente, el recubrimiento también tiene la capacidad de retener células que son viable durante un período prolongado », dice Giovanni Traverso, profesor asociado de ingeniería mecánica en el MIT, gastroenterólogo en el Brigham and Women’s Hospital y autor principal del estudio.

Los investigadores prevén que estas suturas podrían ayudar a los pacientes con enfermedad de Crohn a sanar después de la cirugía para extirpar parte del intestino. Las suturas también podrían adaptarse para curar heridas o incisiones quirúrgicas en otras partes del cuerpo, dicen los investigadores.

Los ex postdoctorados del MIT Jung Seung Lee y Hyunjoon Kim son los autores principales del artículo, que aparece hoy en la revista Matter.

Inspirado en catgut

Las suturas de catgut, que están hechas de hilos de colágeno purificado de vacas, ovejas o cabras (pero no gatos), forman nudos fuertes que se disuelven naturalmente en unos 90 días. Aunque también están disponibles suturas absorbibles sintéticas, el catgut todavía se usa en muchos tipos de cirugía.

Traverso y sus colegas querían ver si podían aprovechar este tipo de sutura derivada de tejido para crear un material que fuera resistente y absorbible, y que tuviera funciones avanzadas como la detección y la administración de fármacos.

Tales suturas podrían ser particularmente útiles para los pacientes con enfermedad de Crohn que necesitan que se les extirpe una parte del intestino debido a la obstrucción por una cicatrización o inflamación excesivas. Este procedimiento requiere volver a sellar los dos extremos que quedan después de extraer una sección del intestino. Si ese sello no se mantiene apretado, puede provocar fugas que son peligrosas para el paciente.

Para ayudar a reducir este riesgo, el equipo del MIT quería diseñar una sutura que no solo pudiera mantener el tejido en su lugar sino también detectar la inflamación, una señal de advertencia temprana de que los intestinos resellados no se están curando correctamente.

Los investigadores crearon sus nuevas suturas a partir de tejido de cerdo, que « descelularizaron » con detergentes, para reducir las posibilidades de inducir inflamación en el tejido del huésped. Este proceso deja atrás un material libre de células que los investigadores llaman « De-gut », que contiene proteínas estructurales como el colágeno, así como otras biomoléculas que se encuentran en la matriz extracelular que rodea las células.

Después de deshidratar el tejido y retorcerlo en hebras, los investigadores evaluaron su resistencia a la tracción, una medida de cuánto estiramiento puede soportar antes de romperse, y descubrieron que era comparable a las suturas catgut disponibles en el mercado. También encontraron que las suturas De-gut inducen una respuesta inmune mucho menor del tejido circundante que el catgut tradicional.

« Los tejidos descelularizados se han utilizado ampliamente en medicina regenerativa con su excelente biofuncionalidad », dice Lee. « Ahora sugerimos una plataforma novedosa para realizar detección y entrega utilizando tejido descelularizado, que abrirá nuevas aplicaciones de materiales derivados de tejido ».

Aplicaciones inteligentes

A continuación, los investigadores se propusieron mejorar el material de sutura con funciones adicionales. Para ello, cubrieron las suturas con una capa de hidrogel. Dentro del hidrogel, pueden incorporar varios tipos de carga : micropartículas que pueden detectar inflamación, varias moléculas de fármacos o células vivas.

Para la aplicación del sensor, los investigadores diseñaron micropartículas recubiertas con péptidos que se liberan cuando las enzimas asociadas a la inflamación llamadas MMP están presentes en el tejido. Esos péptidos se pueden detectar usando una simple prueba de orina.

Los investigadores también demostraron que podrían usar el recubrimiento de hidrogel para transportar medicamentos que se usan para tratar la enfermedad inflamatoria intestinal, incluido un esteroide llamado dexametasona y un anticuerpo monoclonal llamado adalimumab. Estos medicamentos fueron transportados por micropartículas hechas de polímeros aprobados por la FDA, como PLGA y PLA, que se utilizan para controlar la velocidad de liberación de los medicamentos. Este enfoque también podría adaptarse para administrar otros tipos de medicamentos, como antibióticos o medicamentos de quimioterapia, dicen los investigadores.

Estas suturas inteligentes también podrían usarse para administrar células terapéuticas como las células madre. Para explorar esa posibilidad, los investigadores incrustaron las suturas con células madre diseñadas para expresar un marcador fluorescente y descubrieron que las células permanecieron viables durante al menos siete días cuando se implantaron en ratones. Las células también pudieron producir factor de crecimiento endotelial vascular (VEGF), un factor de crecimiento que estimula el crecimiento de células sanguíneas.

Los investigadores ahora están trabajando para probar más cada una de estas posibles aplicaciones y ampliar el proceso de fabricación de las suturas. También esperan explorar la posibilidad de usar las suturas en otras partes del cuerpo además del tracto gastrointestinal.

Otros autores del artículo son Gwennyth Carroll, Gary Liu, Ameya Kirtane, Alison Hayward, Adam Wentworth, Aaron Lopes, Joy Collins, Siid Tamang, Keiko Ishida, Kaitlyn Hess, Junwei Li y Sufeng Zhang.

La investigación fue financiada por Leona M. y Harry B. Helmsley Charitable Trust, el Departamento de Ingeniería Mecánica del MIT, la Fundación Nacional de Investigación de Corea y una beca del Instituto Nacional de Diabetes y Enfermedades Digestivas y Renales Ruth L. Kirschstein NRSA.