BIOTECNOLOGÍA Y MATERIALES

Curación con hidrogeles: Desarrollan una cinta bioadhesiva para reparar el tejidos u órganos dañados

La cinta podría usarse algún día en lugar de suturas para promover la curación y minimizar las complicaciones después de la cirugía.

Parche bioadhesivo SanaHeal. (Foto. SanaHeal)
Parche bioadhesivo SanaHeal. (Foto. SanaHeal)

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29.05.2021 - 00:25

En noviembre, el candidato a doctorado en ingeniería mecánica Hyunwoo Yuk ganó el primer premio en la Competencia de inventores colegiados organizada por el Salón de la fama de los inventores nacionales. Yuk fue nombrado ganador graduado por su invento SanaHeal, una cinta bioadhesiva que se puede unir fácilmente a tejidos u órganos. La cinta podría usarse algún día en lugar de suturas para promover la curación y minimizar las complicaciones después de la cirugía.

Yuk aceptó el premio unas semanas antes de defender con éxito su tesis doctoral el pasado mes de diciembre. Estos logros marcaron la culminación de un viaje personal que tiene su raíz en la tragedia familiar.

SanaHeal es una cinta bioadhesiva que se puede unir fácilmente a tejidos u órganos

Cuando estaba completando su licenciatura, Yuk recibió una llamada de que su hermano estaba involucrado en un horrible accidente. Sufrió múltiples lesiones traumáticas y requirió cuidados intensivos. Yuk pasó los siguientes dos años al lado de su hermano mientras lo acompañaban dentro y fuera de los quirófanos y las unidades de cuidados intensivos.

“Soy 10 años mayor que mi hermano pequeño, así que lo veo como un hijo. Ver lo que pasó fue puro dolor ”, dice Yuk.

Los años que pasó con su hermano en el hospital le dieron a Yuk una idea de los problemas y limitaciones de las tecnologías médicas. Comenzó a abordar estos problemas desde la perspectiva de un ingeniero.

“Creo que los problemas personales son los mejores problemas que pueden resolver los ingenieros”, agrega Yuk. "Si existe la posibilidad de que pueda hacer algo significativo como inventor para resolver los problemas que enfrentó mi hermano, no hay mejor motivación".

MATERIALES BLANDOS

Antes del accidente de su hermano, Yuk se centró principalmente en la robótica bioinspirada durante sus estudios de pregrado en el Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea (KAIST). Mientras servía en el ejército coreano, Yuk estuvo destinado en una escuela local para ayudar a niños con necesidades especiales. Trabajar con niños con habilidades motoras limitadas inspiró a Yuk a postularse en el MIT para la escuela de posgrado para construir robots para su uso en rehabilitación.

Poco después de ser aceptado en el programa de posgrado en ingeniería mecánica del MIT, Yuk recibió un correo electrónico de un nuevo miembro de la facultad, Xuanhe Zhao, ahora profesor de ingeniería mecánica y miembro de la facultad George N. Hatsopoulos (1949). Experto en el campo de los materiales blandos, Zhao buscaba un estudiante de posgrado que liderara la comprensión y el diseño de materiales blandos, especialmente hidrogeles.

A pesar de ser un recién llegado al mundo de los materiales blandos, Yuk rápidamente se entusiasmó con las interesantes propiedades de los materiales blandos y su potencial único para conectar máquinas y dispositivos artificiales con el cuerpo humano. A través de su investigación sobre cómo interactúan los humanos y las máquinas, Zhao y Yuk comenzaron a explorar las propiedades adhesivas de los hidrogeles.

“La adhesión de materiales blandos, especialmente hidrogeles, atrajo enormemente nuestros intereses de investigación, porque la adhesión de hidrogeles de última generación era bastante débil y, a menudo, conducía a fallos”, dice Zhao. “En 2015, propusimos la primera estrategia general para lograr una fuerte adhesión de diversos hidrogeles y otros materiales”.

Como los humanos, los hidrogeles están hechos de polímeros y agua. Las similitudes en las propiedades mecánicas y eléctricas hacen que los tejidos biológicos y los hidrogeles sean compatibles, abriendo un mundo de aplicaciones biomédicas. Ahora, Zhao y Yuk podrían integrar aún más los hidrogeles en varios materiales, dispositivos e incluso en el cuerpo humano con una robustez sin precedentes.

“Poco a poco empezamos a darnos cuenta de que uno de los principales efectos de los hidrogeles y la adhesión de hidrogel reside en la biomedicina, pero necesitábamos a alguien que pudiera ayudarnos a comprender mejor las demandas clínicas no satisfechas”, explica Yuk.

Ese papel fue desempeñado por Christoph Nabzdyk, médico de cuidados intensivos, anestesiólogo cardiotorácico y profesor asistente de la Clínica Mayo.

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El estudiante graduado de ingeniería mecánica Hyunwoo Yuk ha utilizado su experiencia en materiales blandos para desarrollar un vendaje de hidrogel que promueve la curación en personas que, como su hermano, han sufrido una lesión traumática o se han sometido a una cirugía. Foto: John Freidah

NECESIDADES CLÍNICAS

En 2017, el equipo de investigación fue abordado por Nabzdyk, quien en ese momento era becario en medicina de cuidados críticos y anestesiología cardiotorácica en el Hospital General de Massachusetts y la Universidad de Harvard. Nabzdyk tenía experiencia en investigación en cicatrización de heridas y biomateriales novedosos. Después de ver a Zhao presente en una conferencia, Nabzdyk vio la oportunidad de aplicar el trabajo de Zhao y Yuk sobre hidrogeles bioadhesivos a la curación de tejidos y órganos.

“A pesar de décadas de investigación, los modos más comunes de sellar los defectos del tejido son las suturas y las grapas, enfoques tanto anticuados como traumáticos para la aproximación del tejido”, dice Nabzdyk. "El trabajo bioadhesivo que Hyunwoo y Xuanhe han estado desarrollando tiene amplias implicaciones para varios escenarios de reparación de defectos de órganos, hemostasia y electrónica adhesiva implantable".

"Los modos más comunes de sellar los defectos del tejido son las suturas y las grapas, enfoques tanto anticuados como traumáticos para la aproximación del tejido"

Utilizando las conexiones de Nabzdyk, Yuk realizó más de 30 entrevistas con cirujanos. Estas entrevistas con usuarios finales le recordaron a Yuk sus dos años en hospitales con su hermano.

“Me di cuenta de que muchos de los problemas que experimentó mi hermano, como hemorragias incontrolables y docenas de cicatrices, posiblemente podrían haberse resuelto con estos materiales de hidrogel”, agrega Yuk.

El equipo de investigación comenzó a explorar la mecánica del sellado de tejidos húmedos. Junto con Ellen Roche, profesora asistente de ingeniería mecánica, y la estudiante de posgrado Claudia Varela, crearon un parche bioadhesivo que puede sellar órganos en cuestión de segundos. Esta cinta de doble cara podría potencialmente reemplazar las suturas, previniendo la filtración de sangre y reduciendo el riesgo de infección, dolor y cicatrices.

“Trabajar en esta investigación es personalmente muy gratificante. Siento que he encontrado mi propósito como ingeniero ”, dice Yuk.

Admite que para tener un verdadero impacto, la cinta bioadhesiva debe trasladarse del laboratorio al quirófano.

IMPACTO SOCIAL

Para navegar por el territorio inexplorado de las regulaciones, los estándares y los inversores, Yuk, Zhao y Nabzdyk formaron un equipo, llamado SanaHeal, que buscó orientación y financiación inicial de organizaciones como el MIT Deshpande Center for Technological Innovation y MIT Venture Mentoring Service. Estos programas ayudaron a Yuk a pulir su capacidad para comunicarse sobre SanaHeal, un conjunto de habilidades que lo ayudó a ganar el premio de posgrado en la Competencia de inventores colegiados.

Además de ganar en la Competencia de inventores colegiados, Yuk ha recibido una serie de elogios que incluyen ser nombrado uno de Forbes 30 Under 30, recibir el Premio al Estudiante Graduado de Oro de la Sociedad de Investigación de Materiales y obtener el primer lugar en los Premios de Florez del MIT. Según sus colaboradores, estos honores son bien merecidos.

“Impulsado por la genuina necesidad de mejorar la salud de su hermano menor, Hyunwoo ha estado trabajando largas horas durante los últimos seis años y medio, presentando conjuntamente más de 10 solicitudes de patente, liderando o codirigiendo más de 15 artículos, incluidos dos en Nature , y motivar y cuidar a otros miembros del equipo". Dice Zhao. "No puedo esperar a ver cómo Hyunwoo y SanaHeal impactarán en su familia, otros pacientes y el mundo".

“Hyunwoo se destaca incluso entre sus compañeros ya brillantes. No he trabajado con nadie que en una etapa tan temprana de su carrera haya tenido una lista tan larga de logros académicos y un nivel avanzado de pensamiento científico ”, agrega Nabzdyk. "A pesar de todo su arduo trabajo y empuje, el propio Hyunwoo es una persona dulce y cariñosa, un alma gentil y humilde".

Con sus estudios de doctorado llegando a su fin, Yuk busca expandir SanaHeal para que pueda tener un impacto real en salvar vidas o ayudar a aquellos que, como su hermano, han sufrido lesiones traumáticas.

"Parece que estamos listos para dar un paso adelante hacia el campo de batalla real", dice. "Pasé de la mentalidad de una investigación académica a alguien que tiene una mentalidad más translacional y se enfoca en el impacto social que nuestro trabajo puede tener".

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