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Hidrogel: el futuro de los "Band-Aids inteligentes"
Un Band-Aid nunca volverá a ser el mismo; Los ingenieros del Instituto de Tecnología de Massachusetts han presentado el último modelo de apósito adhesivo: un material pegajoso, elástico y parecido al gel que puede incorporar sensores de temperatura, luces LED y otros componentes electrónicos, así como pequeños reservorios que suministran fármacos. y canales
Los nuevos hidrogeles son altamente versátiles.
Crédito de la imagen: Melanie Gonick / MIT.
El "apósito para heridas inteligente" libera medicamentos según sea necesario, en respuesta a los cambios en la temperatura de la piel. Incluso se puede encender si el suministro de medicamentos se está agotando.
El nuevo vendaje se estira con el cuerpo. No solo permanecerá en su lugar cuando el usuario dobla la rodilla o el codo, sino que sus estructuras y componentes electrónicos también permanecen intactos y funcionales cuando se los estira.
El equipo que diseñó y creó el nuevo vendaje de hidrogel fue dirigido por el Prof. Xuanhe Zhao, del Departamento de Ingeniería Mecánica del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT).
La investigación se publica en Materiales de la naturaleza.
¿Qué es un hidrogel?
Los hidrogeles se presentan en diversos productos cotidianos, desde lentes de contacto blandos y condones hasta pañales desechables. El gel para el cabello, la pasta de dientes y los cristales de agua de plantas usan hidrogeles. Los hidrogeles de alginato combinados con aloe vera proporcionan un apósito para heridas que mantiene la herida húmeda y permite la regeneración de las células.
Datos rápidos sobre hidrogeles- En la industria, los hidrogeles se utilizan en sellos de mamparo y limpieza de desechos
- Los bienes de consumo que contienen hidrogeles incluyen geles para el cabello y cosméticos
- Las aplicaciones médicas incluyen lentes de contacto, liberación de medicamentos, guías nerviosas, recubrimientos, abultamiento de tejidos y reemplazo de núcleos.
Gavin Braithwaite, del Cambridge Polymer Group en Boston, MA, señala que los hidrogeles son hidrofílicos, con el potencial de contener 80% o más de agua, permeable y permitir el transporte de solutos. También pueden ser viscoelásticos y lúbricos. También son ambientalmente sensibles. Todas estas propiedades los hacen multifuncionales.
Al cumplir con una amplia gama de funciones, los hidrogeles sueñan con un futuro brillante, que incluye un papel en el rebrote de la médula espinal, la ingeniería de nervios y tejidos e incluso la generación de órganos.
La estructura del hidrogel es la clave de su éxito. Sus enlaces cruzados físicos o químicos de cadenas poliméricas hidrofílicas le permiten contener o absorber agua hasta en un 99% de su volumen.
Para crear hidrogeles, las cadenas de polímeros que forman su base se sintetizan químicamente o se derivan de polímeros naturales. Estas pueden ser proteínas, como colágeno y gelatina, o polisacáridos, como almidón, alginato y agarosa. Las fuentes naturales de hidrogeles incluyen cáscara de camarón y algas marinas.
El alto contenido de agua los hace blandos, "blandos" y flexibles, como lentes de contacto, o altamente absorbentes, como en los pañales para bebés. También pueden ser bastante frágiles. Sus características dependen de su composición.
Los científicos de materiales, que durante algún tiempo han visto el potencial de los hidrogeles para diferentes aplicaciones, han estado empujando los límites de esta sustancia excepcional.
Apósitos de hidrogel
Los apósitos de hidrogel no son nuevos, los primeros se remontan a la década de 1950. Sin embargo, los desarrollos recientes están produciendo algunos conceptos revolucionarios.
Las lentes de contacto blandas y los apósitos para heridas se encuentran entre los muchos usos médicos de los hidrogeles.
Los apósitos de hidrogel familiares incluyen geles de flujo libre disponibles en tubos y paquetes de papel de aluminio, preparaciones donde el hidrogel se satura en una almohadilla de gasa o tiras, o una lámina de gel soportada por una malla de fibra delgada.
Los apósitos de hidrogel proporcionan humedad, promueven la cicatrización y eliminan el tejido muerto de las heridas. El alto contenido de agua enfría la herida y alivia el alivio del dolor. Los hidrogeles también evitan que el apósito se adhiera a la superficie de la herida.
Los hidrogeles son fuertes y flexibles, y pueden ser porosos, lo que permite la difusión, o densa, dependiendo de la composición. Se pueden adaptar para satisfacer diferentes necesidades.
La Universidad de Wollongong en Australia describe los hidrogeles como "algunos de los materiales más biocompatibles del planeta". De hecho, los cuerpos de los animales están compuestos principalmente de hidrogeles.
Los tejidos corporales y los hidrogeles sintéticos tienen mucho en común, y los productos más nuevos tienen propiedades similares a los tejidos corporales, por lo que son un buen candidato para una gama cada vez mayor de aplicaciones médicas.
El año pasado, Noticias médicas hoy informó sobre el desarrollo de un hidrogel que podría estirarse como la piel.
Los científicos han estado trabajando para aprovechar estas propiedades, con la esperanza de crear un "material inteligente" que imite el tejido y la función biológica.
El nuevo hidrogel
En diciembre de 2015, el equipo del MIT anunció la creación de un conjunto de "hidrogeles resistentes" que contienen un 70-95% de agua, con "extraordinarias propiedades mecánicas".
El aderezo inteligente tiene nuevas características.
Crédito de la imagen: Melanie Gonick / MIT
La nueva matriz de hidrogel es altamente elástica, transparente y puede detectar temperaturas en diferentes lugares de la piel. Los científicos también han incorporado una serie de características adicionales notables.
Para permitir la liberación sostenida del fármaco, los científicos crearon vías en la matriz mediante la inserción de tubos o la perforación de pequeños agujeros. También crearon diminutos reservorios de drogas y agregaron sensores de temperatura, regularmente espaciados. Otros componentes electrónicos utilizados para mejorar el material incluyen cables conductores de titanio y chips semiconductores.
Cuando se probó, el sistema permitió que los medicamentos simulados fluyeran a través del hidrogel y se entregaran bajo demanda. Los sensores permitieron que el vendaje controlara la temperatura de la piel y liberase drogas a diferentes partes del cuerpo según fuera necesario, incluso cuando el apósito estaba muy estirado. Los sensores también pueden medir signos vitales.
Las luces LED incrustadas, que funcionaban incluso cuando se estiraban a lo largo de la rodilla y el codo, indicaban cuando los niveles de droga eran bajos en los depósitos.
Un cable de titanio, encapsulado en la matriz, formaba un conductor transparente y elástico que mantenía una conductividad eléctrica constante.
El Prof. Zhao explica por qué una matriz de hidrogel podría ser la clave para usar la electrónica en el contexto biomédico:
"Si desea poner los productos electrónicos en contacto directo con el cuerpo humano para aplicaciones como el control de la atención médica y la administración de medicamentos, es muy conveniente que los dispositivos electrónicos sean suaves y elásticos para adaptarse al entorno del cuerpo humano. Esa es la motivación para Electrónica de hidrogel estirable. Debe pensar en la estabilidad a largo plazo de los hidrogeles y las interfaces ".
La textura, la sensibilidad y la capacidad mecánica del nuevo vendaje para heridas inteligente llevan a los científicos un paso más hacia los tejidos biológicos artificiales que realmente imitan las funciones de la naturaleza.
Aplicaciones: presente y futuro
Un uso inmediato del vendaje, sugieren los investigadores, sería tratar quemaduras u otras afecciones dermatológicas.
La capacidad de liberar fármacos específicos de reservorios específicos bajo demanda, en respuesta a las reacciones recogidas por los sensores de lugares específicos, y hacer esto de manera consistente en el tiempo, traería beneficios importantes.
Le preguntamos al profesor Zhao si el vestidor inteligente sería personalizable, o si tendría que comprarse preparado.
Nos dijo: "El vendaje inteligente actual puede ser programado por médicos o trabajadores de la salud, como el tipo y la dosis de los medicamentos administrados".
En términos de costo, dijo: "Dado que los materiales (hidrogeles) y los dispositivos (sensores) son de costo relativamente bajo, esperamos que el sistema sea asequible".
Hasta ahora, el Prof. Zhao nos dijo que el apósito no ha sido probado para la capacidad terapéutica, pero el equipo está trabajando actualmente en pruebas in vivo del dispositivo basado en hidrogel.
En el siguiente video, el Prof. Zhao habla sobre las propiedades del nuevo vendaje de hidrogel y para qué podría usarse:
Además de su papel como un apósito superficial, los científicos creen que el material podría ser utilizado para distribuir componentes electrónicos dentro del cuerpo.
Prof. Zhao dijo MNT:
"Se espera que los nuevos dispositivos que consisten en componentes electrónicos integrados con hidrogeles biocompatibles encuentren una amplia gama de aplicaciones en el área biomédica".
La matriz podría usarse en implantes, como válvulas para controlar el flujo de micro fl uidos o en microlentes que cambiarían de forma. Los dispositivos de implantación que incorporan hidrogeles podrían ser compatibles con los sistemas de salud móvil o mHealth. MNT informó recientemente sobre el creciente campo de mHealth.
Los sensores de glucosa existentes tienden a desencadenar una reacción inmune, que cubre el sensor con fibras densas, por lo que deben reemplazarse con frecuencia. El equipo cree que el nuevo hidrogel podría usarse para crear un producto más robusto y duradero.
De manera similar, dice el profesor Zhao, el nuevo hidrogel podría mejorar la efectividad de las sondas neurales.
Likening el cerebro a "un tazón de gelatina", señala que el hidrogel tiene propiedades fisiológicas similares. Junto con su potencial mecánico, podría ser un candidato adecuado para las sondas neuronales.
Más adelante, los hidrogeles se consideran andamios potenciales para tejidos nuevos, y posiblemente incluso como base para nuevos órganos, en lo que se conoce como medicina regenerativa.
Esto implicaría sembrar o encapsular las células del tejido requerido en el hidrogel. El hidrogel se inyectaría en el cuerpo, donde reemplazaría el tejido dañado y permitiría la entrega de nutrientes. A medida que las células se reproducen, el andamio de hidrogel se degradaría y el nuevo tejido reemplazaría al viejo.
MNT recientemente informó sobre un hidrogel cristalino líquido con forma tridimensional que tiene propiedades similares a las del tejido blando.
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Tabla de contenido Cómo funciona Usos Cómo tomarlo Efectos secundarios Precauciones Humira, con el nombre genérico adalimumab, es un medicamento que se usa para aliviar el dolor y reducir la inflamación en personas con una serie de enfermedades autoinmunes. Está aprobado para el tratamiento de la artritis reumatoide, la psoriasis crónica en placas, la enfermedad de Crohn, la espondilitis anquilosante, la artritis psoriásica y la artritis idiopática juvenil poliarticular.
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