SCIENZA: PRESTO UN NASTRO ADESIVO AL POSTO DELLE SUTURE, IN CAMPO MEDICO.

 

Un punto fermo sul banco di lavoro di qualsiasi ingegnere, il nastro adesivo è una soluzione rapida e affidabile per crepe e strappi in molti materiali strutturali. Gli ingegneri del MIT hanno ora sviluppato una sorta di nastro adesivo chirurgico: un cerotto appiccicoso forte, flessibile e biocompatibile che può essere applicato facilmente e rapidamente a tessuti e organi biologici per aiutare a sigillare lacrime e ferite.

Come il nastro adesivo, il nuovo cerotto è appiccicoso da un lato e liscio dall'altro. Nella sua attuale formulazione, l'adesivo è mirato a sigillare i difetti nel tratto gastrointestinale, che gli ingegneri descrivono come i condotti biologici del corpo.

In numerosi esperimenti, il team ha dimostrato che il cerotto può essere rapidamente attaccato a grandi lacrime e punture nel colon, nello stomaco e nell'intestino di vari modelli animali. L'adesivo si lega fortemente ai tessuti in pochi secondi e si mantiene per oltre un mese. È anche flessibile, in grado di espandersi e contrarsi con un organo funzionante mentre guarisce. Una volta che una lesione è completamente guarita, il cerotto si degrada gradualmente senza causare infiammazioni o attaccarsi ai tessuti circostanti.

Il team prevede che il cerotto adesivo chirurgico potrebbe un giorno essere immagazzinato nelle sale operatorie e utilizzato come alternativa veloce e sicura o come rinforzo alle suture cucite a mano per riparare perdite e lacerazioni nell'intestino e in altri tessuti biologici.

'Pensiamo che questo nastro chirurgico sia una buona tecnologia di base da trasformare in un prodotto reale e pronto all'uso', afferma Hyunwoo Yuk, ricercatore presso il Dipartimento di ingegneria meccanica del MIT. “I chirurghi potrebbero usarlo come usano il nastro adesivo nel mondo non chirurgico. Non necessita di alcuna preparazione o passaggio preliminare. Basta estrarlo, aprirlo e usarlo.

Yuk, co-autore principale e co-corrispondente dello studio, e i suoi colleghi hanno pubblicato i loro risultati sulla rivista Science Translational Medicine. Altri coautori includono il postdoc del MIT e l'autore principale Jingjing Wu; supervisore del progetto e co-autore Xuanhe Zhao, professore di ingegneria meccanica e di ingegneria civile e ambientale al MIT; e collaboratori della Mayo Clinic e della Southern University of Science and Technology.

Un istinto viscerale

Il nuovo nastro adesivo chirurgico si basa sul design del team del 2019 per un nastro biadesivo. Quella prima iterazione comprendeva un singolo strato che era appiccicoso su entrambi i lati e progettato per unire due superfici bagnate insieme.

L'adesivo era costituito da acido poliacrilico, un materiale assorbente che si trova nei pannolini, che inizia a secco e assorbe l'umidità quando viene a contatto con una superficie o un tessuto bagnato, aderendo temporaneamente al tessuto durante il processo. I ricercatori hanno mescolato nel materiale esteri del NHS, composti chimici che possono legarsi con le proteine ​​nel tessuto per formare legami più forti. Infine, hanno rinforzato l'adesivo con gelatina o chitosano, ingredienti naturali che hanno mantenuto la forma del nastro.

I ricercatori hanno scoperto che il nastro biadesivo legava insieme diversi tessuti. Ma durante la consultazione con i chirurghi, si sono resi conto che una versione unilaterale avrebbe potuto avere un impatto più pratico.

'In situazioni pratiche, non è comune dover unire due tessuti insieme: gli organi devono essere separati l'uno dall'altro', afferma Wu. 'Un suggerimento era di utilizzare questo elemento appiccicoso per riparare perdite e difetti nell'intestino'.

I chirurghi in genere riparano le perdite e le lacrime nel tratto gastrointestinale con suture chirurgiche. Ma cucire i punti richiede precisione e allenamento e, dopo l'intervento chirurgico, le suture possono innescare cicatrici attorno alla ferita. Il tessuto tra i punti potrebbe anche strapparsi, causando perdite secondarie che potrebbero portare a sepsi.

'Abbiamo pensato che forse avremmo potuto trasformare il nostro elemento appiccicoso in un prodotto per riparare le perdite nell'intestino, in modo simile a sigillare i tubi con del nastro adesivo', afferma Wu. 'Questo ci ha spinto verso qualcosa di più simile al nastro adesivo'.

Stesso nastro, nuovi trucchi

I ricercatori hanno prima messo a punto la loro ricetta adesiva, sostituendo la gelatina e il chitosano con un idrogel a lunga durata, in questo caso l'alcol polivinilico. Questo scambio ha mantenuto l'adesivo fisicamente stabile per oltre un mese, abbastanza a lungo da consentire la guarigione di una tipica lesione intestinale. Hanno anche aggiunto un secondo strato superiore non appiccicoso per evitare che il cerotto si attacchi al tessuto circostante. Questo strato è stato realizzato con un poliuretano biodegradabile che ha all'incirca la stessa elasticità e rigidità del tessuto intestinale naturale.

'Non vogliamo che il cerotto sia più debole del tessuto perché altrimenti rischierebbe di scoppiare', afferma Yuk. 'Inoltre non vogliamo che sia più rigido perché limiterebbe il movimento peristaltico nelle viscere, essenziale per la digestione'.

Nei test iniziali, il cerotto si è attaccato ai tessuti, ma si è anche gonfiato, proprio come farebbe un pannolino a base di idrogel completamente bagnato. Questo rigonfiamento ha allungato il nastro e lo strappo sottostante che doveva sigillare.

'Era quasi un problema impossibile perché l'idrogel si gonfia naturalmente', dice Yuk. 'Ma abbiamo fatto un semplice trucco: abbiamo prestirato leggermente lo strato adesivo, quindi abbiamo introdotto lo strato non adesivo, in modo che, quando applicato su un tessuto, il prestiro annulli il gonfiore'.

Il team ha quindi condotto esperimenti per testare le proprietà e le prestazioni della patch. Quando il cerotto è stato posto in una coltura con cellule epiteliali umane, le cellule hanno continuato a crescere, dimostrando che il cerotto è biocompatibile. Quando impiantato sotto la pelle dei ratti, il cerotto si biodegrada dopo circa 12 settimane, senza effetti tossici.

I ricercatori hanno anche applicato il cerotto ai difetti del colon e dello stomaco degli animali e hanno scoperto che manteneva un forte legame mentre le ferite guarivano completamente. Ha anche prodotto cicatrici e infiammazioni minime rispetto alle riparazioni effettuate con suture convenzionali.

Infine, il team ha applicato il cerotto sui difetti del colon nei maiali e ha osservato che gli animali continuavano a nutrirsi normalmente, senza febbre, letargia o altri effetti negativi sulla salute. Dopo quattro settimane, i difetti sono completamente guariti, senza alcun segno di perdita secondaria.

Nel loro insieme, gli esperimenti suggeriscono che il cerotto chirurgico potrebbe potenzialmente riparare in sicurezza le lesioni gastrointestinali e potrebbe essere applicato con la stessa facilità del nastro adesivo commerciale. Yuk e Zhao stanno sviluppando ulteriormente l'adesivo attraverso una nuova startup e sperano di ottenere l'approvazione della FDA per testare il cerotto in ambito medico.

“Stiamo studiando un problema di meccanica fondamentale, l'adesione, in un ambiente estremamente impegnativo, all'interno della carrozzeria. Ci sono milioni di interventi chirurgici in tutto il mondo all'anno per riparare i difetti gastrointestinali e il tasso di perdita arriva fino al 20% nei pazienti ad alto rischio', afferma Zhao. 'Questo nastro potrebbe risolvere quel problema e potenzialmente salvare migliaia di vite'.

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