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Ingegneri sviluppano nastro adesivo chirurgico come alternativa alle suture

Il nastro adesivo chirurgico potrebbe essere applicato rapidamente per riparare perdite e ferite intestinali. Una soluzione innovativa, più veloce e sicura rispetto alle tradizionali suture a mano.

Categorie Biomateriali
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Gli ingegneri del Massachusetts Institute of Technology (MIT) hanno sviluppato una sorta di nastro adesivo chirurgico: un cerotto forte, flessibile e biocompatibile che può essere applicato facilmente e rapidamente a tessuti biologici e organi per aiutare a sigillare strappi e ferite. Come un nastro adesivo, il nuovo cerotto è appiccicoso da un lato e liscio dall’altro e ha il compito di sigillare eventuali ferite nel tratto gastrointestinale.

In numerosi esperimenti, infatti, il team ha dimostrato che il cerotto può essere rapidamente attaccato a grandi strappi e fori 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 l’organo funzionante mentre quest’ultimo guarisce. Una volta che una lesione è completamente guarita, il cerotto si degrada gradualmente senza causare infiammazioni o attaccarsi ai tessuti circostanti.

Il team pensa che questo cerotto chirurgico possa essere impiegato in futuro nelle sale operatorie e utilizzato come alternativa veloce e sicura o come rinforzo alle suture cucite a mano per riparare strappi 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 dello studio, e i suoi colleghi hanno pubblicato i loro risultati sulla rivista scientifica settimanale Science Translational Medicine, che ha dedicato loro la copertina del numero.

Un’idea nata nel 2019 e poi adattata per creare un nastro adesivo chirurgico

Il nuovo nastro adesivo chirurgico si basa sul design del team ideato nel 2019 per un nastro biadesivo. Inizialmente, l’idea prevedeva un singolo strato di nastro, appiccicoso su entrambi i lati e progettato per unire due superfici bagnate. L’adesivo era costituito da acido poliacrilico, materiale assorbente che si trova nei pannolini, che da asciutto inizia ad assorbire 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 dei 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 Jingjing Wu, postdoc del MIT e autrice principale dello studio. “Un suggerimento era quello di utilizzare questo elemento adesivo per riparare perdite e ferite nell’intestino”.

I chirurghi in genere riparano le perdite e gli strappi nel tratto gastrointestinale con suture chirurgiche. Ma cucire i punti richiede precisione e allenamento e, dopo l’intervento, le suture possono innescare cicatrici attorno alla ferita. Il tessuto potrebbe anche strapparsi, causando perdite secondarie che potrebbero portare a sepsi. “Abbiamo pensato che forse avremmo potuto trasformare il nostro elemento adesivo 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”.

Ingegneri sviluppano nastro adesivo chirurgico come alternativa alle suture. Credits: MIT
Paragone tra il cerotto gastrointestinale e il nastro adesivo per riparare i tubi. Credits: MIT

Le proprietà elastiche del nuovo nastro chirurgico adesivo

A questo punto, i ricercatori hanno aggiornato la loro ricetta adesiva, sostituendo la gelatina e il chitosano con un idrogel a lunga durata, l’alcol polivinilico. Questo cambiamento 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 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 spaccarsi”, afferma Yuk. “Inoltre non vogliamo che sia più rigido perché limiterebbe il movimento peristaltico nelle viscere, essenziale per la digestione”.

Nei test iniziali, infatti, 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 sia il nastro sia lo strappo sottostante che doveva sigillare. “Era quasi un problema impossibile da risolvere perché l’idrogel si gonfia naturalmente“, dice Yuk. “Ma abbiamo sfruttato un semplice trucco: abbiamo pre-stirato leggermente lo strato adesivo, quindi abbiamo introdotto lo strato non adesivo, in modo che, quando applicato su un tessuto, il pre-stiraggio annulli il rigonfiamento”.

Ingegneri sviluppano nastro adesivo chirurgico come alternativa alle suture. Credits: MIT
Fotografia del cerotto gastrointestinale a secco e un’illustrazione schematica (in basso a sinistra) per la sua struttura, costituita dallo strato superiore non adesivo a base di PU idrofilo e dallo strato inferiore bioadesivo a base di PAA-NHS e PVA. Credits: MIT

Biocompatibilità e biodegradabilità

Il team ha quindi condotto esperimenti per testare le proprietà e le prestazioni del cerotto. Quando il cerotto è stato posto in una coltura con cellule epiteliali umane, le cellule hanno continuato a proliferare, dimostrando che il cerotto è biocompatibile. Inoltre, quando impiantato sotto la pelle dei ratti, il cerotto si è biodegradato dopo circa 12 settimane, senza effetti tossici. I ricercatori hanno anche applicato il cerotto a strappi 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 su ferite 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, le ferite sono completamente guarite, senza alcun segno di perdita secondaria.

Ingegneri sviluppano nastro adesivo chirurgico come alternativa alle suture.

Un’idea che potrebbe salvare migliaia di vite

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. Hyunwoo Yuk e Xuanhe Zhao, supervisore del progetto e co-autore dell’articolo nonché professore di ingegneria meccanica e ingegneria civile e ambientale al MIT, stanno sviluppando ulteriormente l’adesivo attraverso una nuova startup e sperano di ottenere l’approvazione della Food and Drug Administration (FDA) per testare il cerotto in ambito medico.

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