Un hidrogel inspirado en la piel humana podría ser una solución para el tratamiento de heridas

Un nuevo hidrogel desarrollado con características similares a la piel humana ofrece una solución innovadora para el tratamiento de heridas y la fabricación de prótesis. Este material, capacidad de autocuración, está destinado a pacientes con lesiones crónicas, personas que usan reemplazos prostéticos y aplicaciones médicas que requieren materiales más resistentes y duraderos.

Este trabajo estuvo a cargo de expertos de la Universidad Aalto, de Finlandia, y la Universidad de Bayreuth, de Alemania. “Los tejidos biológicos poseen propiedades extraordinarias que no tienen parangón con los materiales sintéticos, como la autorreparación, la adaptación y propiedades mecánicas intrincadamente equilibradas entre rigidez, resistencia y dureza”, escribieron los autores en la investigación, que fue publicada en la revista Nature Materials.

Una clave detrás de este material radica, entre otras cosas, en un enfoque innovador que incorpora nanoláminas de arcilla ultrafinas y grandes, agregadas a los hidrogeles tradicionales, que son generalmente blandos y flexibles. Al integrar estas láminas con polímeros, se genera una estructura organizada que no solo mejora las propiedades mecánicas del material, sino que también le otorga la capacidad de autorrepararse, de acuerdo a los especialistas.

En un comunicado por la Universidad de Bayreuth ampliaron: “Todos nos encontramos con geles en la vida diaria: desde las sustancias suaves y pegajosas que nos ponemos en el pelo hasta los componentes gelatinosos de diversos alimentos. Si bien la piel humana comparte características gelatinosas, tiene cualidades únicas que son muy difíciles de reproducir. Combina una gran rigidez con flexibilidad y tiene una notable capacidad de autocuración, que a menudo se cura por completo 24 horas después de la lesión”.

“Hasta ahora, los geles artificiales han conseguido reproducir esta elevada rigidez o las propiedades autocurativas de la piel natural, pero no ambas. Ahora, un equipo de investigadores de la Universidad Aalto y la Universidad de Bayreuth son los primeros en desarrollar un hidrogel con una estructura única que supera las limitaciones anteriores, abriendo la puerta a aplicaciones como la administración de fármacos, la curación de heridas, los sensores robóticos blandos y la piel artificial”, postularon en el comunicado.

Según divulgaron los autores, las nanoláminas de arcilla sintética fueron diseñadas y fabricadas por el profesor Josef Breu en la Universidad de Bayreuth. “El resultado es una estructura altamente ordenada con polímeros densamente entrelazados entre las nanoláminas, lo que no solo mejora las propiedades mecánicas del hidrogel, sino que también permite que el material se autorrepare”, repasaron.

Breu consideró sobre el desarrollo: “La clave para lograr una alta resistencia es la adición de nanoláminas de arcilla ultra grandes y delgadas que se hinchan de manera extremadamente uniforme con el agua. Para visualizar los fenómenos a escala nanométrica, podemos imaginar que separamos una pila de papel de impresora a una distancia uniforme de 1 mm. Luego, los polímeros se aprietan entre las nanoláminas”.

Según el mencionado comunicado, “el secreto del material no reside únicamente en la disposición ordenada de las nanoláminas, sino también en los polímeros que se entrelazan entre ellas, en un proceso tan sencillo como hornear”.

El investigador postdoctoral Chen Liang explicó que el equipo mezcló un polvo de monómeros con agua que contenía las nanoláminas. Después, colocaron la mezcla en una lámpara ultravioleta, similar a la utilizada para fijar el esmalte de uñas en gel.

En ese tono, Liang señaló: “La radiación ultravioleta de la lámpara hace que las moléculas individuales se unan entre sí, de modo que todo se convierte en un sólido elástico, un gel”.

Mientras que Hang Zhang, de la Universidad Aalto, profundizó: “El entrelazamiento significa que las capas delgadas de polímero comienzan a enroscarse unas sobre otras como pequeños hilos de lana, pero en un orden aleatorio. Cuando los polímeros están completamente entrelazados, son indistinguibles entre sí. Son muy dinámicos y móviles a nivel molecular y, cuando los cortas, comienzan a entrelazarse de nuevo”.

De acuerdo a lo relatado por los especialistas en el comunicado, cuatro horas después de cortar con un cuchillo, “el material ya se ha curado por sí solo en un 80 o 90 por ciento. Después de 24 horas, normalmente está completamente reparado. Además, un hidrogel de un milímetro de espesor contiene 10.000 capas de nanoláminas, lo que hace que el material sea tan rígido como la piel humana y le otorga un grado comparable de elasticidad y flexibilidad”.

El potencial de este descubrimiento es vasto. Según Zhang, “desde hace tiempo, los hidrogeles rígidos, resistentes y autocurativos han sido un reto. Hemos descubierto un mecanismo para reforzar los hidrogeles tradicionalmente blandos. Esto podría revolucionar el desarrollo de nuevos materiales con propiedades de inspiración biológica”.

Olli Ikkala, de la Universidad Aalto, considera que este desarrollo es un ejemplo de cómo la naturaleza puede guiar la innovación: “Este trabajo es un ejemplo apasionante de cómo los materiales biológicos nos inspiran a buscar nuevas combinaciones de propiedades para los materiales sintéticos. Imaginemos robots con pieles robustas y autocurativas o tejidos sintéticos que se reparen de forma autónoma. Es el tipo de descubrimiento fundamental que podría renovar las reglas del diseño de materiales”.