El nuevo material sensible a la luz podría suprimir algunos de los procedimientos endoscópicos necesarios para eliminar los dispositivos gastrointestinales.

Se puede insertar una variedad de dispositivos médicos en el tracto gastrointestinal para tratar, diagnosticar o controlar los trastornos gastrointestinales. Muchos de estos deben eliminarse mediante cirugía endoscópica una vez que se realiza su trabajo. Sin embargo, los ingenieros del MIT ahora han encontrado una manera de activar dichos dispositivos para que se descompongan dentro del cuerpo cuando están expuestos a la luz de un LED ingeribles.

El nuevo enfoque se basa en un hidrogel sensible a la luz que diseñaron los investigadores. La incorporación de este material a los 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 funcionen correctamente, dicen 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 las que podamos desencadenar el desmontaje de dispositivos en el tracto gastrointestinal sin la necesidad de un procedimiento mayor «, Dice Giovanni Traverso, profesor asistente de ingeniería mecánica, gastroenterólogo del 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 descomponerse después de ser expuestos a la luz azul o ultravioleta de un pequeño LED.

Ritu Raman, del Instituto Koch del MIT para la Investigación Integral del Cáncer, es el autor principal del artículo, publicado en Science Advances . Otros autores del artículo son los ex asociados técnicos Tiffany Hua, Jianlin Zhou, Tina Esfandiary y Vance Soares; los asociados técnicos Declan Gwynne, Joy Collins y Siddartha Tamang; estudiante graduado Simo Pajovic; La veterinaria de la División de Medicina Comparada Alison Hayward; y el profesor del Instituto David H. Koch Robert Langer.

Desglose controlado

En los últimos años, Traverso y 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 pueda estar un tiempo prolongado en el tracto gastrointestinal, continuamos investigando una variedad de enfoques para facilitar la eliminación de estos sistemas en caso de reacción adversa o cuando ya no son necesarios», dice Traverso . «Realmente estamos viendo diferentes factores desencadenantes y cómo funcionan, y si podemos aplicarlos a diferentes configuraciones».

En este estudio, los investigadores exploraron un disparador 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, Raman diseñó un hidrogel sensible a la luz basado en un material desarrollado en el laboratorio de Kristi Anseth, del laboratorio de Langer que ahora es profesor de 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 le permite romperse o debilitarse 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 formando otra red de polímeros a su alrededor, por lo que está realmente enredado. Eso lo hace muy resistente y elástico”, dice Raman.

Las propiedades del material se pueden ajustar 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.

Desinflado por la luz

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 globo bariátrico y un stent esofágico. Los globos bariátricos 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.

Por el contrario, el globo bariátrico que diseñó el equipo del MIT se puede desinflar exponiendo el sello 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 globos en cerdos y descubrieron que los globos se hincharon tan pronto como se colocaron en el 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 moldearon el gel sensible a la luz en un stent esofágico. Tales 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 sistemas para administrar medicamentos al tracto gastrointestinal, según 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», dice Traverso.

La investigación ha sido financiada por los Institutos Nacionales de Salud, la Fundación Bill y Melinda Gates, la Beca de Apoyo (principal) del Instituto Koch del Instituto Nacional del Cáncer y una Beca AAAS L’Oréal USA para Mujeres en la Ciencia.

Créditos de imágenes: Ritu Raman