¿Alguna vez has intentado despegar un mejillón de una roca en la playa? Es prácticamente imposible. Estos pequeños moluscos han perfeccionado durante millones de años un pegamento natural tan poderoso que funciona perfectamente bajo el agua, resistiendo el oleaje, las corrientes y las condiciones más adversas del océano. Ahora, los científicos han descifrado el secreto de este adhesivo biológico y están revolucionando la medicina con pegamentos bioinspirados que pueden curar heridas en cuestión de segundos.Yo creo que estamos ante uno de esos momentos en que la naturaleza nos enseña lecciones que van a cambiar completamente la forma en que tratamos las heridas y realizamos cirugías. Mientras nosotros llevamos décadas luchando para crear adhesivos que funcionen en superficies húmedas, los mejillones han estado resolviendo este problema durante cientos de millones de años con una elegancia que nos deja boquiabiertos.El secreto mejor guardado del océanoLos mejillones azules (Mytilus edulis) pasan sus días siendo azotados por las olas, pero se las arreglan para permanecer atados a las rocas o a sus compañeros mejillones gracias a un pegamento submarino altamente eficaz que producen. El mecanismo específico por el cual los mejillones producen su adhesivo ha estado envuelto en un misterio hasta hace muy poco, porque todo ocurre oculto a la vista dentro del pie del mejillón.Los mejillones pueden hacer su adhesivo bajo el agua en 2-3 minutos mezclando iones metálicos con las proteínas del fluido. Se trata de reunir los ingredientes correctos, en las condiciones adecuadas y en el momento adecuado. Dentro del pie de mejillón, hay canales del tamaño de una micra que canalizan las sustancias que se unen para hacer el pegamento.Las proteínas líquidas condensadas en pequeños sacos se secretan en los canales donde se mezclan con iones metálicos (hierro y vanadio, extraídos del agua de mar). Los iones metálicos se liberan lentamente en un proceso cuidadosamente programado, y finalmente curan o endurecen la proteína fluida en un pegamento sólido.La química del pegamento perfectoEl pie de este molusco segrega una proteína de pegamento líquido que rápidamente se solidifica y se convierte en un potente adhesivo resistente al agua. La proteína adhesiva del mejillón contiene una elevada concentración de DOPA catecólico (dihidroxifenilalanina), y los nuevos materiales biomédicos inspirados en la sustancia generada por el molusco se han elaborado con una forma sintética de DOPA.Los hilos bisales largos, fibrosos y ricos en proteínas unen los mejillones a las rocas. Lo que hace que estas proteínas sean tan pegajosas es que contienen altas concentraciones de una molécula especial llamada L-3,4-dihidroxifenilalanina o DOPA. DOPA se adhiere muy fácilmente a muchas superficies, incluidas las famosas antiadherentes como el teflón, debido a la forma en que se une químicamente a ellas.Durante la formación del adhesivo, ambas partes se mezclan dentro de una red similar a un microfluido de canales interconectados donde se fusionan, formando los enlaces proteína-metal dentro del biso. En cuestión de pocos minutos esta mezcla se endurece bajo el agua dando lugar al pegamento.El dúo dinámico: DOPA y lisinaLos investigadores han descubierto que dos proteínas, dopa y lisina, trabajan juntas para ayudar a que los mejillones se peguen bajo el agua. Al igual que con los imanes, los opuestos se atraen, y los iones cargados positivamente de las sales disueltas en el agua del océano se unen y recubren las superficies rocosas cargadas negativamente, haciéndolas no receptivas a la mayoría de los tipos de adhesivos.La lisina, sin embargo, está cargada positivamente. Cuando se acerca a iones cargados positivamente en superficies rocosas, los empuja fuera del camino, como un imán girado en la dirección equivocada, despejando el camino para que la pegajosa dopa se adhiera. Es como tener un equipo de limpieza que prepara la superficie para que el pegamento real pueda hacer su trabajo.Los investigadores han descubierto que la proximidad de las moléculas de dopa, lisina y agua dentro de las placas adhesivas afecta la fuerza de los enlaces químicos. Una ligera separación de lisina y dopa en realidad ayuda a equilibrar las fuerzas y maximizar la unión.La revolución médica ya está aquíLos científicos llevan mucho tiempo buscando un adhesivo que permita unir tejidos en el transcurso de una cirugía, sin necesidad de recurrir a la sutura. Los pegamentos quirúrgicos inspirados en mejillones ya están transformando la medicina moderna de formas que parecían imposibles hace pocos años.Un equipo del MIT desarrolló un adhesivo de doble cara que podría adherirse rápida y firmemente a superficies húmedas como los tejidos biológicos. Demostraron que la cinta podría usarse para sellar rasgaduras y desgarros en pulmones e intestinos en segundos, o para fijar implantes y otros dispositivos médicos a las superficies de órganos como el corazón.Mussel Polymers ha desarrollado un adhesivo no tóxico de alto rendimiento conocido como poli(catecol)estireno, o PCS, que imita las proteínas adhesivas que utilizan los mejillones. PCS es 300% más resistente que otros adhesivos subacuáticos y se adhiere a una amplia gama de materiales.MeTro: el pegamento que sella en 60 segundosUno de los avances más espectaculares es MeTro, un gel elástico y adhesivo desarrollado por la Universidad de Sídney que puede sellar heridas críticas en la piel o los órganos en apenas 60 segundos, sin necesidad de emplear grapas o suturas. El gel se basa en una sustancia elástica que puede ser inyectada tanto en heridas internas como externas.MeTro solo requiere un baño de luz ultravioleta para solidificarse sobre la herida. La belleza de la formulación es tal que tan pronto como entra en contacto con las superficies de los tejidos, se solidifica en una fase similar a un gel sin huir. Al bañar la zona con luz, el sello se coloca de forma muy precisa, se ajusta a la forma de la herida y se adhiere firmemente a las estructuras del tejido.Este pegamento podría ser, literalmente, un salvavidas, pues apenas tarda 60 segundos en sellar las heridas sin detener la expansión natural del tejido, como ocurre en pulmones, corazones y arterias. Se degrada sin dejar ningún tipo de residuos tóxicos en el organismo.Aplicaciones más allá de la cirugíaLas aplicaciones médicas de estos adhesivos bioinspirados van mucho más allá de la simple cirugía:Reparación de la membrana fetal: En el caso de que se rompa, y para evitar que esta situación provoque un parto prematuro u otras graves complicaciones, se puede sellar la membrana aplicando este pegamento, que resulta eficaz en el tejido húmedo.Administración de medicamentos contra el cáncer: Los investigadores coreanos han desarrollado la plataforma «ImuGlue», un biomaterial que actúa como pegamento en terapias de bloqueo de puntos de control inmunológico para el tratamiento del cáncer. Al ser un biomaterial creado para funcionar como pegamento debajo del agua, la mezcla permite funcionar sin perder sus propiedades en entornos ricos en sangre o fluidos corporales.El desarrollo en laboratorio: del MIT a EspañaPara crear sus nuevos adhesivos resistentes al agua, los investigadores del MIT modificaron bacterias a fin de producir un material híbrido que incorpora las proteínas pegajosas naturales de los mejillones así como una proteína bacteriana que se encuentra en las biopelículas. Cuando se combinan, estas proteínas forman adhesivos con capacidad subacuática que son incluso más fuertes que los secretados por los mejillones.En España, el Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón (INMA-CSIC-UNIZAR) ha desarrollado un adhesivo soluble en agua inspirado en mejillones. Para fijarse a las rocas, los mejillones utilizan unas proteínas que contienen el aminoácido L-DOPA, donde el grupo catecol es el principal responsable de la adhesión.Imitando las estructuras de estas proteínas, hemos unido el grupo catecol con otros polímeros, obteniendo un adhesivo con un comportamiento satisfactorio, explica Alexandre Lancelot, investigador del proyecto. Este trabajo ha sido realizado en colaboración con la Universidad de Purdue y está pendiente de patente.La tecnología que cambia las reglasLos cianoacrilatos médicos como el Dermabond han revolucionado el cierre de heridas quirúrgicas. Cuando el Dermabond se aplica sobre la piel, el 2-octil-cianoacrilato entra en contacto con la superficie húmeda y se produce una reacción de polimerización aniónica. Este proceso ocurre de manera extremadamente rápida, generalmente en cuestión de segundos o minutos, formando una película delgada pero fuerte sobre la herida.Las heridas pueden cerrarse tan rápido como en un sexto del tiempo requerido para la reparación con suturas. La aplicación no solo es rápida, sino también indolora, y evita las marcas de sutura adyacentes a la herida.Adhesivos inteligentes reversiblesUna de las innovaciones más fascinantes son los pegamentos inteligentes que se pueden activar y desactivar bajo demanda. La Universidad Tecnológica de Michigan ha desarrollado un material que contiene catecol que puede despegarse con una corriente eléctrica.El equipo del MIT mejoró su adhesivo agregando una nueva molécula enlazadora de disulfuro, cuyos enlaces pueden cortarse fácilmente si se exponen a un agente reductor particular. Descubrieron que el glutatión y el bicarbonato de sodio podían romper los enlaces del adhesivo. En todas sus pruebas, una vez que rociaron la solución desencadenante sobre la cinta, pudieron despegar la cinta del tejido en aproximadamente cinco minutos, sin causar daño tisular.La restauración de arrecifes de coralUna aplicación particularmente intrigante para estos adhesivos es la restauración de arrecifes de coral. Los equipos de investigación están trabajando con la Coral Restoration Foundation, enviando varias formulaciones para ser probadas en los Cayos de Florida.El cianoacrilato y el epoxi se utilizan tradicionalmente en la restauración de corales. Sin embargo, estas químicas adhesivas no fueron diseñadas para funcionar en superficies húmedas, y mucho menos en tejidos vivos sensibles. Los nuevos adhesivos de base biológica forman uniones que se fortalecen en el agua, lo que los hace perfectos para esta aplicación.Pegamentos que se fortalecen con el aguaA diferencia de los adhesivos basados en petróleo, estos nuevos adhesivos de base biológica desarrollados por la Universidad de Purdue forman uniones que se fortalecen en el agua. Schmidt dice que otros investigadores están formulando adhesivos que imitan los pegamentos utilizados por mejillones, percebes, ostras y gusanos castillo de arena, pero esas formulaciones de mejor rendimiento son completamente sintéticas.La no toxicidad, los materiales de origen sostenible y el mínimo impacto ambiental son cada vez más demandados. En consecuencia, varios grupos han recurrido al desarrollo de sistemas adhesivos nuevos utilizando química bioinspirada o de base biológica.El futuro de la medicina adhesivaEn mi opinión, lo que estamos viendo es solo el comienzo de una revolución médica que va a cambiar completamente la forma en que tratamos las heridas y realizamos cirugías. Los pegamentos bioinspirados no solo son más eficaces que las técnicas tradicionales, sino que también son más seguros, más rápidos y menos invasivos.Los investigadores prevén que dentro de poco estos adhesivos podrán estar liderando los tratamientos de inmunoterapia contra el cáncer, ya que pueden usarse no solo mediante inyecciones, sino también mediante pulverización y otros métodos de tratamientos.Los hidrogeles disipativos con polímeros entrecruzados iónica y covalentemente están creando materiales adhesivos que median un contacto fuerte y resistente que puede estirarse sin ruptura. Usando modelos de cerdos y roedores, los investigadores encontraron que estos nuevos adhesivos se ajustan y adhieren fuertemente a la piel, cartílago y arterias.La inspiración natural que nunca terminaLos bioadhesivos son casi todos basados en proteínas. Su aspecto inicial, antes de secarse, es el de una gelatina. Cuando se añade hierro, las proteínas se conectan entre sí y el material se endurece. Los mejillones obtienen el hierro filtrándolo directamente del agua del entorno, como hacen con el resto de nutrientes.La acumulación y el uso de vanadio es especialmente interesante, ya que se sabe que sólo unos pocos otros organismos hiperacumulan el vanadio. Los investigadores creen que juega un papel importante en el endurecimiento del pegamento y continúan trabajando en esta área.Cuanto más comprendamos sobre el proceso, mejores ingenieros podrán adaptar estos conceptos para la fabricación de materiales bioinspirados. La verdadera oportunidad radica en la explotación de las propiedades químicas del catecol para generar fuerza cohesiva y adhesiva en el adhesivo solidificado.Hacia un mundo sin suturasLos mejillones verdes asiáticos (Perna viridis) y otras especies siguen siendo fuente de inspiración para nuevos desarrollos. El alto contenido de aminoácido catecólico DOPA (~11% en moles) y cisteína (~15% en moles) en sus proteínas mantiene la adhesión incluso a pH más alto al superar la oxidación espontánea de DOPA a quinona.Estos hallazgos revelan conocimientos a escala molecular que deberían ser relevantes e impactar en las ciencias de los materiales para el desarrollo de la nueva generación de adhesivos, recubrimientos y pegamentos resistentes a la humedad para aplicaciones biomédicas, terapéuticas y antiincrustantes.Yo creo que en los próximos años vamos a ver cómo las suturas, las grapas y los métodos invasivos de cierre de heridas se convierten gradualmente en técnicas del pasado. Los pegamentos de mejillón y otros adhesivos bioinspirados van a hacer que la medicina sea menos dolorosa, más rápida y mucho más eficaz.Imagínate un futuro donde una herida grave se puede sellar en menos de un minuto con un simple gel que se activa con luz, donde los implantes médicos se fijan de forma permanente pero reversible, donde las cirugías complejas se realizan sin una sola sutura. Ese futuro no está tan lejos como piensas: los mejillones nos han estado enseñando el camino durante millones de años, y finalmente estamos empezando a escuchar.La noticia Pegamentos de mejillón: adhesivos bioinspirados que curan bajo el agua fue publicada originalmente en Wwwhatsnew.com por Natalia Polo.