Un yeso inteligente podría acelerar la curación de las heridas crónicas
La cooperación internacional entre la ciencia de los materiales y la medicina desarrolla parches de gel a partir de una impresora 3D que pueden activarse individualmente
Los trastornos circulatorios, la diabetes o estar tumbado en la misma posición durante mucho tiempo pueden provocar heridas crónicas que no se curan. Apenas existen opciones de tratamiento eficaces. Un equipo de investigación en ciencias de los materiales de la Universidad de Kiel (CAU), junto con colegas del Centro Médico Universitario de Schleswig-Holstein (UKSH), la Facultad de Medicina de Harvard (EE.UU.) y la Universidad de Dankook (Corea del Sur), ha desarrollado un parche para heridas con funciones de cicatrización mejoradas que pueden adaptarse individualmente a cada paciente. El parche impreso en 3D tiene propiedades antibacterianas, suministra oxígeno y humedad a la herida y favorece la formación de nuevo tejido. Las propiedades se activan y controlan mediante irradiación. Los científicos de la ciencia de los materiales y la medicina han presentado recientemente su concepto en la revista científica Advanced Functional Materials, donde aparece como artículo de portada.
El parche puede fabricarse a medida en una impresora 3D y se activa con luz verde.
© Leonard Siebert
La base del nuevo parche es un hidrogel médico. Gracias a su alto contenido en agua, del 90%, y a su espacio comparativamente amplio en la microescala, el parche puede proporcionar un cuidado óptimo a las heridas secas crónicas. Sin embargo, el componente más importante son las micropartículas antibacterianas de óxido de zinc, que reaccionan a la luz y fueron desarrolladas por los investigadores de ciencias de los materiales de Kiel. Junto con un equipo del Hospital Brigham and Women's de la Facultad de Medicina de Harvard, en Boston, encontraron la forma de aplicar proteínas especiales a las micropartículas. Estas proteínas se activan con una luz verde favorable a las células y estimulan así la formación de nuevos vasos sanguíneos. La mejora de la circulación sanguínea da lugar a nuevos tejidos que permiten cerrar la herida.
A largo plazo, las clínicas deberían ser capaces de fabricar parches individuales con una impresora 3D.
"Al controlar los efectos del parche con la luz, podemos adaptar el curso y la dosis del tratamiento a las necesidades individuales de los pacientes", afirma Rainer Adelung, catedrático de Nanomateriales Funcionales del Instituto de Ciencia de los Materiales de la Universidad de Kiel y portavoz del Grupo de Formación en Investigación "Materiales para el Cerebro". La ciencia de los materiales se refiere a esto como un material "inteligente", que reacciona de forma independiente a los estímulos externos y puede ser controlado por ellos. Ya existen parches de hidrogel con un funcionamiento similar, que también pueden activarse de forma selectiva, pero sus efectos terapéuticos se desencadenan a través del calor o las señales eléctricas. "Sin embargo, estos conceptos tienen el inconveniente de que la herida también se calienta y los hidrogeles empiezan a desintegrarse", explica Adelung.
El equipo de investigación espera que, a largo plazo, las clínicas puedan fabricar ellas mismas sus parches multifuncionales y controlables mediante una impresora 3D, y activar los parches directamente en los pacientes con unos LED verdes muy luminosos. "La forma del parche, así como la concentración de las partículas de óxido de zinc y el tipo de proteína, pueden ajustarse individualmente mediante la impresión 3D", afirma el primer autor, el Dr. Leonard Siebert, que acaba de terminar su doctorado sobre métodos innovadores de impresión 3D en la Universidad de Kiel. Durante una estancia de investigación de varios meses en la renombrada Harvard Medical School de Boston, el científico de materiales investigó en el grupo de trabajo del profesor Su Ryon Shin, que produce hidrogeles médicos mediante impresoras 3D biológicas especiales. "Nuestras partículas tienen una forma tetrapodal, es decir, constan de varios 'brazos'. Esto significa que muchas de nuestras proteínas importantes pueden aplicarse a ellas, pero no caben a través de las boquillas de impresión convencionales", dijo Siebert para describir uno de los retos de su enfoque. En Boston, finalmente desarrolló un método para imprimir las partículas de óxido de zinc de su grupo de trabajo de Kiel junto con los hidrogeles.
Los resultados de las pruebas realizadas en Kiel, Estados Unidos y Corea del Sur muestran el potencial del parche para la medicina personalizada
Además, los científicos de materiales de Kiel colaboraron estrechamente con el profesor Helmut Fickenscher, especialista en medicina de las infecciones en la CAU y el Centro Médico Universitario de Schleswig-Holstein (UKSH). Él y su equipo probaron las propiedades antibacterianas del parche: lo pusieron sobre una biopelícula bacteriana durante 72 horas y descubrieron que las bacterias no proliferan en un radio de varios milímetros alrededor del parche. "Para esta prueba, utilizamos dos gérmenes típicos de las heridas con dos estructuras totalmente diferentes: Staphylococcus aureus y Pseudomonas aeruginosa. El parche demostró un efecto terapéutico para ambos tipos fundamentales, lo que sugiere un efecto universal", resumió el Dr. Gregor Maschkowitz, microbiólogo médico del UKSH. En el Centro de Investigación Global de Medicina Regenerativa del NBM, en la Universidad de Dankook (Corea del Sur), se realizaron más pruebas in vivo. Los resultados iniciales obtenidos allí también indican una buena tolerabilidad del parche y una mejor cicatrización de las heridas.
"Este parche es un concepto apasionante para la medicina personalizada, para tratar a las personas con tratamientos a medida de la forma más precisa, eficaz y suave posible. Es un ejemplo tangible del prometedor potencial de la colaboración entre la medicina y la ciencia de los materiales, que será cada vez más importante en el futuro", dijo el profesor Fickenscher sobre el proyecto de cooperación interdisciplinaria. Ahora que las pruebas iniciales han demostrado que su concepto funciona bien en principio, los investigadores quieren mejorar aún más el control mediante el uso de la luz, para poder ofrecer a los pacientes un tratamiento de heridas personalizado aún más eficaz en el futuro.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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