Crean un nuevo material para dispositivos médicos ingeribles

Ingenieros del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) han desarrollado un nuevo material para dispositivos médicos ingeribles para el tratamiento de patologías gastrointestinales que se desconponen dentro del cuerpo cuando son expuestos a la luz de un LED ingerible, según publican en la revista 'en Science Advances'.

Se puede insertar una variedad de dispositivos médicos en el tracto gastrointestinal para tratar, diagnosticar o controlar los trastornos gastrointestinales, pero muchos de ellos deben eliminarse mediante cirugía endoscópica una vez que se realiza su trabajo.

El nuevo enfoque del MIT se basa en un hidrogel sensible a la luz. La incorporación de este material en dispositivos médicos podría evitar muchos procedimientos endoscópicos y brindaría a los médicos una forma más rápida y fácil de quitar los dispositivos cuando ya no se necesitan o no funcionan correctamente, explican los investigadores.

"Estamos desarrollando un conjunto de sistemas que pueden residir en el tracto gastrointestinal, y como parte de eso, estamos buscando desarrollar diferentes formas en que podamos desencadenar el desmontaje de dispositivos dentro del tracto gastrointestinal sin la necesidad de un procedimiento mayor", explica Giovanni Traverso, profesor asistente de ingeniería mecánica, gastroenterólogo en el Hospital Brigham and Women's y autor principal del estudio.

En un estudio en cerdos, los investigadores mostraron que los dispositivos fabricados con este hidrogel sensible a la luz pueden activarse para que se descompongan después de exponerse a la luz azul o ultravioleta de un pequeño LED.

En los últimos años, Traverso y el profesor del Instituto David H. Koch Robert Langer han desarrollado muchos dispositivos ingeribles diseñados para permanecer en el tracto gastrointestinal durante largos períodos de tiempo.

También han trabajado en una variedad de estrategias para controlar la descomposición de dichos dispositivos, incluidos los métodos basados en cambios en el pH o la temperatura, o la exposición a ciertos productos químicos.

"Dado nuestro interés en desarrollar sistemas que puedan residir por períodos prolongados en el tracto gastrointestinal, continuamos investigando varios enfoques para facilitar la eliminación de estos sistemas en caso de reacción adversa o cuando ya no son necesarios --explica Traverso--. Realmente estamos viendo diferentes factores desencadenantes y cómo funcionan, y si podemos aplicarlos a diferentes configuraciones".

En este estudio, los investigadores exploraron un desencadenante basado en la luz, que creían que podría ofrecer algunas ventajas sobre sus enfoques anteriores. Una ventaja potencial es que la luz puede actuar a distancia y no necesita entrar en contacto directo con el material que se descompone. Además, la luz normalmente no penetra en el tracto gastrointestinal, por lo que no hay posibilidad de activación accidental.

Para crear el nuevo material, Ritu Raman, un postdoctorado en el Instituto Koch del MIT para la Investigación Integral del Cáncer y autor principal del artículo, diseñó un hidrogel sensible a la luz basado en un material desarrollado en el laboratorio de Kristi Anseth, una expostdoctorada de Langer que ahora es profesor ade ingeniería química y biológica en la Universidad de Colorado en Boulder. Este gel de polímero incluye un enlace químico que se rompe cuando se expone a una longitud de onda de luz entre 405 y 365 nanómetros (azul a ultravioleta).

Raman decidió que en lugar de hacer un material compuesto exclusivamente por ese polímero sensible a la luz, lo usaría para unir componentes más fuertes como la poliacrilamida. Esto hace que el material en general sea más duradero, pero aún así permite que se rompa o debilite cuando se expone a la longitud de onda correcta de la luz. También construyó el material como una "red doble", en la que una red de polímeros rodea a otra.

"Estás formando una red de polímeros y luego otra red de polímeros a su alrededor, así que está realmente enredado. Eso lo hace muy resistente y elástico", precisa Raman.

Las propiedades del material pueden ajustarse variando la composición del gel. Cuando el enlazador sensible a la luz constituye un porcentaje mayor del material, se descompone más rápido en respuesta a la luz, pero también es mecánicamente más débil.

Los investigadores también pueden controlar cuánto tiempo lleva descomponer el material utilizando diferentes longitudes de onda de luz. La luz azul funciona más lentamente pero presenta menos riesgo para las células que son sensibles al daño de la luz ultravioleta.

El gel y sus productos de descomposición son biocompatibles, y el gel se puede moldear fácilmente en una variedad de formas. En este estudio, los investigadores lo usaron para demostrar dos posibles aplicaciones: un sello para un balón gástrico y un stent esofágico. Los balones gástricos estándar, que a veces se usan para ayudar a tratar la obesidad, se inflan en el estómago del paciente y se llenan con solución salina. Después de unos seis meses, se extrae el globo mediante cirugía endoscópica.

El balón gástrico que diseñó el equipo del MIT, en cambio, se puede desinflar exponiéndolo a una pequeña luz LED, que en principio se tragaría y luego saldría del cuerpo. Su globo está hecho de látex y lleno de poliacrilato de sodio, que absorbe agua.

En este estudio, los investigadores probaron los balones en cerdos y descubrieron que se hincharon nada mas llegar al estómago. Cuando se colocó un pequeño LED ingerible que emitía luz azul en el estómago durante aproximadamente seis horas, los globos se desinflaron lentamente. Con una luz de mayor potencia, el material se descompuso en 30 minutos.

Los investigadores también prueban el gel sensible a la luz en un stent esofágico. Estos stents a veces se usan para ayudar a tratar el cáncer de esófago u otros trastornos que causan un estrechamiento del esófago. Una versión activable por la luz podría descomponerse y pasar a través del tracto digestivo cuando ya no sea necesaria.

Además de esas dos aplicaciones, este enfoque podría usarse para crear otros tipos de dispositivos degradables, como vehículos para administrar medicamentos al tracto gastrointestinal, señalan los investigadores.

"Este estudio es una prueba de concepto de que podemos crear este tipo de material, y ahora estamos pensando en cuáles son las mejores aplicaciones para él", señala Traverso.