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Apósito de hidrogel

El apósito de hidrogel es un apósito médico basado en hidrogeles : estructuras hidrofílicas tridimensionales y flexibles . [ 1 ] Las estructuras hidrofílicas insolubles absorben...

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El apósito de hidrogel es un apósito médico basado en hidrogeles : estructuras hidrofílicas tridimensionales y flexibles . [ 1 ] Las estructuras hidrofílicas insolubles absorben los exudados polares de la herida y permiten la difusión de oxígeno en el lecho de la herida para acelerar la cicatrización. [ 2 ] Los apósitos de hidrogel pueden diseñarse para prevenir infecciones bacterianas, retener la humedad, promover una adhesión óptima a los tejidos y satisfacer los requisitos básicos de biocompatibilidad. [ 1 ] [ 2 ] Los apósitos de hidrogel también pueden diseñarse para responder a los cambios en el microambiente del lecho de la herida. [ 3 ] Los apósitos de hidrogel deben promover un microambiente adecuado para la angiogénesis , el reclutamiento de fibroblastos y la proliferación celular. [ 2 ] [ 4 ]

Los hidrogeles responden elásticamente a la tensión aplicada; los geles hechos de materiales como el colágeno exhiben alta tenacidad y baja fricción de deslizamiento, reduciendo el daño por tensión mecánica. [ 1 ] [ 5 ] Los apósitos de hidrogel deben poseer propiedades mecánicas y físicas similares al microambiente 3D de la matriz extracelular de la piel humana. [ 6 ] Los apósitos de hidrogel para heridas están diseñados para tener un mecanismo de aplicación y remoción que minimice el trauma adicional a los tejidos. [ 1 ]

Los apósitos de hidrogel se pueden clasificar en tres categorías: sintéticos, naturales e híbridos. [ 1 ] Los apósitos de hidrogel sintéticos se han producido utilizando nanofibras de matriz extracelular biomiméticas como el alcohol polivinílico (PVA). [ 7 ] Los hidrogeles de péptidos de diseño autoensamblables son otro tipo de hidrogel sintético en desarrollo. [ 8 ] Los apósitos de hidrogel naturales se subdividen a su vez en basados ​​en polisacáridos (p. ej., alginatos) o basados ​​en proteoglicanos y/o proteínas (p. ej., colágeno). [ 7 ] Los apósitos de hidrogel híbridos incorporan nanopartículas sintéticas y materiales naturales. [ 2 ]

Características

Características químicas

Los apósitos de hidrogel presentan reticulación química o física . La reticulación química implica la formación de enlaces covalentes entre cadenas poliméricas. Los apósitos de hidrogel reticulados químicamente se sintetizan mediante polimerización por crecimiento en cadena, polimerización por crecimiento escalonado, enzimas o polimerización por irradiación. Los apósitos sintéticos que incorporan nanopartículas como PVA y polietilenglicol (PEG) se ensamblan utilizando mecanismos de reticulación química. [ 9 ] [ 10 ] Los apósitos de hidrogel reticulados físicamente se ensamblan mediante interacción iónica, enlaces de hidrógeno, interacciones hidrofóbicas o cristalización. Los hidrogeles reticulados físicamente se desintegran debido a cambios locales en el pH, la fuerza iónica y la temperatura. [ 3 ] Los apósitos naturales que incorporan polisacáridos y proteoglicanos/proteínas forman una red 3D utilizando reticulación física. [ 11 ] Los apósitos de hidrogel imitan la red 3D reticulada de fibras de la matriz extracelular en la piel humana. [ 1 ]

Los hidrogeles pueden formarse mediante un proceso de autoensamblaje en el que los monómeros se difunden en solución y luego forman interacciones no covalentes. Los hidrogeles utilizados en apósitos para heridas pueden autoensamblarse al añadir cationes metálicos divalentes o polisacáridos cargados eléctricamente debido a interacciones electrostáticas. [ 12 ] [ 13 ] El autoensamblaje a través de interacciones hidrofóbicas puede inducirse en geles a base de polisacáridos anfifílicos mediante la adición de agua; también puede inducirse en hidrogeles a base de polisacáridos no anfifílicos mediante la adición de injertos hidrofóbicos. [ 8 ] [ 12 ]

La reticulación de monómeros hidrofílicos solubles forma una estructura reticular insoluble 3D que puede incorporar una gran cantidad de agua. [ 14 ] La red polimérica 3D de los hidrogeles está altamente hidratada con un 90-99% de agua p/p; es capaz de unir muchas veces más moléculas de agua cuando se ensambla que en el estado no reticulado. [ 2 ] [ 3 ] Los apósitos de hidrogel pueden absorber hasta 600 veces su cantidad inicial de agua, incluidos los exudados de heridas a base de fluidos. [ 2 ] [ 14 ] Los hidrogeles son biomateriales eficaces para apósitos de heridas e ingeniería de tejidos porque intercambian fluidos, hidratando los tejidos necróticos. [ 2 ] [ 6 ] La absorción de secreciones hace que el apósito de hidrogel se hinche, expandiendo los enlaces cruzados en las cadenas poliméricas. [ 6 ] La red reticulada 3D expandida puede incorporar irreversiblemente patógenos y detritos, eliminándolos así de la herida. [ 6 ]

Algunos apósitos de hidrogel tienen propiedades antimicrobianas intrínsecas. Los apósitos de hidrogel formados a partir de péptidos antimicrobianos (PAM) y quitosano tienen actividad antimicrobiana inherente. [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] Las propiedades antimicrobianas de los apósitos de hidrogel se pueden mejorar mediante la adición de nanopartículas metálicas, antibióticos u otros agentes antimicrobianos. [ 15 ] [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] También se pueden incorporar nanopartículas de plata y oro a los apósitos de hidrogel para mejorar la actividad antimicrobiana. [ 15 ] Algunos apósitos de hidrogel tienen antibióticos como ciprofloxacino y amoxicilina incorporados en su estructura, que se liberan en la herida a medida que se intercambia el líquido. [ 15 ] [ 19 ] Algunos apósitos de hidrogel han incorporado agentes liberadores de óxido nítrico sensibles a estímulos y otros agentes antimicrobianos. [ 15 ] [ 20 ]

Los apósitos de hidrogel pueden adherirse directamente al lecho de la herida en condiciones fisiológicas normales mediante reacciones de oxidación-reducción de quinonas. [ 2 ] [ 21 ] Se ha demostrado que las propiedades adhesivas de los hidrogeles se mejoran mediante la adición de microgeles (MR) con carga positiva a la matriz 3D para aumentar las interacciones electrostáticas e hidrofóbicas. [ 22 ]

Características físicas

Los apósitos para heridas deben ser elásticos para evitar desgarros. Hai Lei et al. demostraron que la escasa elasticidad e histéresis en hidrogeles a base de proteínas de origen natural pueden remediarse mediante la adición de reticulantes de poliproteína. [ 23 ] La flexibilidad de los hidrogeles también puede mejorarse incorporando microgeles a la matriz. [ 22 ] [ 24 ] Los apósitos de hidrogel imitan la naturaleza fibrosa de la ECM nativa para mantener la comunicación célula a célula en el lecho de la herida para la regeneración tisular. [ 24 ]

Los hidrogeles autorreparables reparan de forma automática y reversible los daños causados ​​por el estrés mecánico y químico. [ 25 ] Los mecanismos de autorreparación pueden incluir enlaces covalentes dinámicos, interacciones no covalentes e interacciones mixtas. [ 25 ] Las interacciones covalentes implicadas en la autorreparación incluyen la formación de bases de Schiff y el intercambio de disulfuro. [ 25 ] Las interacciones no covalentes son generalmente menos estables y hacen que el hidrogel sea más sensible a los cambios microambientales (p. ej., pH, temperatura). [ 25 ] Algunos apósitos de hidrogel son autorreparables debido a mecanismos mixtos como las interacciones huésped-huésped y proteína-ligando. [ 25 ]

Los apósitos de hidrogel están disponibles en forma de láminas, amorfas, impregnadas o en aerosol. [ 15 ] [ 26 ] [ 27 ] [ 28 ] [ 29 ] Los apósitos de hidrogel en láminas no se adhieren a la herida y son eficaces para curar heridas de espesor parcial. [ 26 ] Los hidrogeles amorfos son más eficaces que los apósitos en láminas en el tratamiento de heridas de espesor total porque pueden adaptarse a la forma del lecho de la herida y facilitar el desbridamiento autolítico. [ 27 ] Los apósitos de hidrogel impregnados son apósitos secos (por ejemplo, gasas) saturados con un hidrogel amorfo. [ 28 ] Los apósitos de hidrogel en aerosol están compuestos de hidrogeles amorfos que aumentan rápidamente su viscosidad después de la aplicación. [ 29 ] También se ha demostrado que los hidrogeles en aerosol aumentan la penetración y la eficacia de los agentes terapéuticos. [ 2 ]

Apósitos de hidrogel "inteligentes"

También se están produciendo hidrogeles "inteligentes" que responden a estímulos (es decir, termosensibles, biosensibles, sensibles al pH, fotosensibles y redox-sensibles). [ 3 ]

  • Los apósitos de hidrogel sensibles al pH liberan factores de crecimiento y agentes antibióticos a medida que el pH de la herida aumenta desde los niveles normales de la piel (pH 4–6) hasta los niveles internos (pH ~7,4). [ 30 ]
  • Los apósitos de hidrogel con respuesta redox pueden desintegrarse a demanda mediante la adición de un agente reductor. [ 31 ]
  • El ensamblaje de la red 3D de apósitos de hidrogel fotorreactivos se inicia mediante radiación UV. [ 32 ]
  • Los apósitos de hidrogel termosensibles exhiben una transición sol-gel dependiente de la temperatura y/o una liberación de fármacos dependiente de la temperatura. [ 33 ] [ 34 ]

Aplicaciones

La eficacia de los apósitos de hidrogel se ha evaluado en varios tipos de heridas. Existe cierta evidencia que sugiere que los hidrogeles son apósitos eficaces para heridas crónicas, incluidas las úlceras por presión, las úlceras diabéticas y las úlceras venosas, aunque los resultados son inciertos. [ 35 ] [ 36 ] [ 37 ] [ 38 ] Se ha demostrado que los hidrogeles aceleran la cicatrización en quemaduras de espesor parcial y total de diversos tamaños. [ 39 ] [ 40 ] [ 41 ] Otros estudios han demostrado que los apósitos de hidrogel aceleran la cicatrización en lesiones cutáneas radiactivas y heridas por mordedura de perro. [ 42 ] [ 43 ] [ 44 ] Los apósitos de hidrogel disminuyen el tiempo de cicatrización de lesiones cutáneas traumáticas en un promedio de 5,28 días y reducen el dolor reportado por los pacientes. [ 42 ] [ 45 ] [ 46 ]

Tipos

Apósitos de hidrogel de origen natural

Se han sintetizado apósitos de hidrogel a base de polisacáridos a partir de polímeros como ácido hialurónico , quitina , quitosano , alginato y agarosa . [ 1 ] [ 40 ] [ 47 ] [ 48 ] [ 49 ] Se han sintetizado apósitos de hidrogel de proteínas/proteoglicanos derivados de forma natural a partir de polímeros como colágeno , gelatina , kappa-carragenano y fibrina . [ 1 ] [ 49 ] [ 50 ] [ 51 ]  

Apósitos de hidrogel sintético

Los apósitos de hidrogel sintéticos pueden derivarse de polímeros sintéticos como el alcohol polivinílico (PVA), el poli(etilenglicol) (PEG), el poliuretano (PU) y el poli(lactida-co-glicólido) (PLGA). [ 1 ] [ 52 ] [ 53 ] Los apósitos de hidrogel sintéticos también pueden formarse a partir de péptidos diseñados. [ 8 ] [ 54 ] Los investigadores están aplicando la impresión 3D a la síntesis de apósitos de hidrogel. [ 55 ] [ 56 ]

Apósitos de hidrogel biohíbridos

Los hidrogeles pueden modificarse para incorporar cationes metálicos (p. ej., cobre (II)), enlaces degradables (p. ej., dextrano) y grupos funcionales adhesivos (p. ej., RGD). [ 1 ] La integración de derivados biológicos en hidrogeles sintéticos permite a los productores adaptar las afinidades y especificidades de unión, las propiedades mecánicas y las propiedades de respuesta a estímulos. [ 1 ]

Referencias

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