Crean un pegamento inspirado en mejillones y moco para prevenir infecciones

La capacidad de los mejillones para adherirse a superficies como rocas o cascos de los barcos y mantenerse firmemente sujetos bajo el agua gracias a una sustancia pegajosa que segregan a través de su piel ha sido objeto de estudios científicos, con la intención de diseñar materiales impermeables similares que se puedan utilizar en ámbitos de la medicina como la cirugía o la curación de heridas, entre otros.

Ahora, un equipo de ingenieros del Massachusetts Institute of Technology (MIT)1 y la Freie Universität Berlin ha desarrollado un nuevo tipo de pegamento que combina la resistencia al agua de los mejillones con las propiedades antimicrobianas de otro material natural: el moco, una red viscosa de proteínas que actúa como barrera contra bacterias y otros agentes infecciosos en las zonas del cuerpo que no están cubiertas por piel.

En la investigación se combinaron polímeros adhesivos inspirados en los mejillones con proteínas derivadas del moco, conocidas como mucinas, para crear un gel que se adhiere con fuerza a diversas superficies. Este pegamento tiene una gran potencia adhesiva incluso en entornos húmedos y, además, impidió la proliferación de bacterias.

En opinión de los investigadores, una vez que se optimicen las propiedades de este material se podría aplicar en forma líquida mediante inyección o aerosol, solidificándose después para convertirse en un gel pegajoso. Entre sus posibles usos, destaca el recubrimiento de implantes médicos para prevenir infecciones y la acumulación de bacterias.

Este innovador enfoque en la fabricación de adhesivos también se podría adaptar para incluir otros materiales naturales, como la queratina, una sustancia fibrosa presente en plumas y cabello, cuyas características químicas comparten similitudes con el moco. Los hallazgos del equipo se han publicado en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences2.

“Las aplicaciones de nuestro enfoque de diseño de materiales dependerán de los materiales precursores específicos”, ha señalado George Degen, postdoctorado en el Departamento de Ingeniería Mecánica del MIT, en una nota publicada por el centro. “Por ejemplo, los materiales derivados o inspirados en moco podrían usarse como adhesivos biomédicos multifuncionales que también previenen infecciones. Alternativamente, aplicar nuestro enfoque a la queratina podría permitir el desarrollo de materiales de embalaje sostenibles”, añade.

Un adhesivo médico para unir tejidos con propiedades antimicrobianas

Antes de unirse al MIT, Degen realizó estudios de posgrado en la Universidad de California en Santa Bárbara, donde trabajó en un grupo de investigación que estudiaba los mecanismos adhesivos de los mejillones. “Los mejillones son capaces de depositar materiales que se adhieren a superficies húmedas en cuestión de segundos o minutos”, afirma Degen. “Estos materiales naturales funcionan mejor que los adhesivos comercializados existentes, en particular a la hora de adherirse a superficies húmedas y subacuáticas, lo que ha sido un desafío técnico durante mucho tiempo”.

Para fijarse a una roca o al casco de un barco, los mejillones segregan un fluido rico en proteínas que, a través de enlaces químicos llamados “reticulaciones”, se solidifica en un gel pegajoso que se adhiere a superficies húmedas. Las mucinas, que son las proteínas principales del moco, también presentan estas características de reticulación. Cuando Degen llegó al MIT, trabajó junto a Gareth McKinley, experto en materiales y dinámica de fluidos, y Katharina Ribbeck, especialista en estudios sobre el moco, para desarrollar un adhesivo que combinara la capacidad pegajosa de los mejillones con las propiedades antimicrobianas del moco.

Los investigadores del MIT colaboraron con Rainer Haag y su equipo en Berlín, especialistas en la síntesis de materiales bioinspirados. Haag y Ribbeck forman parte de un grupo de investigación que desarrolla hidrogeles dinámicos para interfaces biológicas. El equipo de Haag ha creado adhesivos similares a los de los mejillones, así como líquidos inspirados en el moco mediante polímeros microscópicos con estructuras parecidas a las mucinas naturales.

“Los materiales derivados o inspirados en moco podrían usarse como adhesivos biomédicos multifuncionales que también previenen infecciones”

En el nuevo estudio los investigadores se centraron en un tipo de enlace químico característico de los adhesivos de los mejillones: la unión entre dos grupos químicos llamados catecoles y tioles. En el pegamento natural de los mejillones, estas uniones forman reticulaciones catecol-tiol que refuerzan la cohesión del adhesivo. Además, los catecoles facilitan la adherencia a superficies como rocas y metales.

De manera interesante, los grupos tiol también son abundantes en las mucinas. Degen se preguntó si los polímeros inspirados en los mejillones podrían enlazarse con los tioles de las mucinas, permitiendo que el moco pasara rápidamente de estado líquido a un gel pegajoso. Para comprobar esta hipótesis, mezcló soluciones de mucinas naturales con polímeros sintéticos inspirados en los mejillones y observó cómo la mezcla se solidificaba y se adhería a distintas superficies con el tiempo.

El equipo probó distintas composiciones entre dos superficies y descubrió que el adhesivo resultante mantenía su unión con fuerzas comparables a las de los adhesivos médicos comerciales utilizados para unir tejidos. También evaluaron sus propiedades antibacterianas al aplicar el gel sobre superficies de vidrio y exponerlas a bacterias durante toda una noche.

“Observamos que, en una superficie de vidrio sin nuestro recubrimiento, las bacterias formaban una gruesa biopelícula. Sin embargo, en las superficies recubiertas con nuestro gel, la formación de biopelículas se redujo drásticamente”, señala Degen. Según el equipo, con algunos ajustes adicionales, podrían mejorar aún más la adhesión del material, lo que permitiría desarrollar una alternativa eficaz y protectora frente a los adhesivos médicos actuales.

“Estamos muy contentos por haber creado una plataforma de diseño de biomateriales que nos ofrece estas propiedades de gelificación y adhesión, y como punto de partida hemos demostrado algunas aplicaciones biomédicas clave”, afirma Degen. “Ahora estamos listos para expandirnos a diferentes sistemas sintéticos y naturales y apuntar a diferentes aplicaciones”, concluye el científico.