Hemostasia Hepática Rápida mediante Fibras de Pegamento Médico Electrohilado Mejorado por Campo Eléctrico

Resumen

La deposición precisa de fibras electrohiladas sigue siendo un desafío importante para la hemostasia de órganos. Presentamos un sistema de electrohilado modificado por campo eléctrico que incorpora un cono metálico en la boquilla, permitiendo una colocación controlada de las fibras. El área de deposición es ajustable al modificar el tamaño del cono, un comportamiento confirmado mediante simulaciones de elementos finitos. En un modelo de resección hepática en ratas, depositamos fibras de N-octil-2-cianoacrilato (NOCA) directamente sobre la herida, logrando hemostasia completa en 10 segundos. La histología postoperatoria mostró una inflamación y adhesión tisular marcadamente reducidas en comparación con el electrohilado asistido por flujo de aire convencional. Este dispositivo portátil, alimentado por batería, demuestra que el electrohilado portátil y listo para uso en campo puede proporcionar hemostasia rápida y precisa para escenarios de emergencia, clínicos y de atención domiciliaria.

Antecedentes

La resección hepática es un tratamiento estándar para malignidades hepáticas, sin embargo, el sangrado masivo es común debido a la rica vascularización del órgano. Las técnicas hemostáticas convencionales —sutura, ligadura, electrocauterio y sellantes de fibrina o gelatina— tienen limitaciones como aplicación retardada, daño tisular, inmunogenicidad, vida útil corta o alto costo. El electrohilado ofrece un enfoque de recubrimiento superficial de baja dosis capaz de adaptarse a topografías de heridas irregulares. Sin embargo, los dispositivos de electrohilado existentes son voluminosos, carecen de control preciso de deposición y dependen de la electricidad de red, limitando su uso en entornos remotos o de emergencia. Nuestro diseño reciente de electrohilado asistido por flujo de aire redujo el área de deposición pero requería una fuente de energía externa para la bomba de aire. Por tanto, buscamos un sistema portátil modificado por campo eléctrico que ofrezca deposición de fibras orientada y precisa sin depender de energía externa más allá de una pequeña batería.

Los conductores metálicos colocados dentro de un campo electrostático pueden inducir cargas superficiales que remodelan la distribución del campo. En el electrohilado, la trayectoria del chorro cargado depende del campo local; así, un cono metálico posicionado estratégicamente puede enfocar el chorro, reduciendo su divergencia y confinando el área de deposición. Seleccionamos NOCA —un adhesivo de cianoacrilato aprobado clínicamente— como material de hilado porque las esteras de fibras poliméricas son más flexibles y requieren menos volumen que una película de pegamento gruesa convencional.

En este estudio, desarrollamos una técnica de electrohilado modificada por campo eléctrico que permite la deposición controlada y precisa de fibras de NOCA en el sitio de resección hepática de rata, logrando hemostasia rápida. La portabilidad y precisión de la técnica la hacen adecuada para aplicaciones de emergencia, clínicas, de campo y domiciliarias.

Métodos

Materiales

El adhesivo NOCA (N-octil-2-cianoacrilato con aditivo PMMA) fue suministrado por Guangzhou Baiyun Medical Adhesive Co., Ltd. Se utilizó cloral hidratado (solución al 10%) para la anestesia de las ratas.

Experimentos Hemostáticos In Vivo

Cuarenta ratas macho SD adultas (300-350 g) se aleatorizaron en dos grupos (n=20 cada uno): electrohilado asistido por flujo de aire y electrohilado modificado por campo eléctrico. Tras anestesia y laparotomía media, se realizó una hepatectomía del 50% del lóbulo izquierdo. En el grupo de campo eléctrico, se montó un cono metálico de 2.5 cm de lado y 60° en el hilador, con una distancia aguja-colector de 10 cm y voltaje de 10 kV. El grupo de flujo de aire utilizó una salida de 1.2 mm, flujo de 120 µl/min, 10 kV y 10 cm de distancia. El procedimiento total duró ~20 min por rata. Todos los experimentos cumplieron con las directrices institucionales de cuidado animal.

Análisis de Sangre y Seccionado Patológico

La sangre se recogió por punción cardíaca en los días postoperatorios 3 y 5 para recuento de leucocitos y pruebas de función hepática. En el día 7, las ratas fueron eutanasiaadas, los hígados extirpados, fijados en formalina neutra al 4%, incluidos en parafina y teñidos con H&E.

Simulación de Campo Eléctrico

El análisis de elementos finitos modeló una alimentación de 12 kV, aguja de cobre, cono de cobre y colector de aluminio en aire. La longitud de la aguja, diámetro del cono y distancia al colector se establecieron en 3 cm, 5 cm y 10 cm, respectivamente.

Caracterización

La imagen SEM se realizó en un Hitachi TM-1000. Los espectros FTIR se registraron con un espectrómetro Nicolet In10. Un microscopio óptico (Olympus BX51) evaluó los límites de deposición, y una cámara Casio Exilim capturó el procedimiento in vivo.

Resultados y Discusión

Electrohilado Modificado por Campo Eléctrico para Deposición Precisa

El dispositivo portátil (Fig. 1) utiliza dos pilas AAA libres de mercurio y un conversor de alto voltaje, eliminando la dependencia de la electricidad de red. Un cono metálico ajustable reemplaza el módulo de flujo de aire previo, alterando la distribución del campo sin energía adicional. La seguridad se garantiza manteniendo baja corriente a pesar del alto voltaje.

La SEM reveló fibras continuas de NOCA de 1-3 µm de diámetro (Fig. 2a). El FTIR confirmó la polimerización: picos en 714, 2761 y 1732 cm⁻¹ (–CH₂–, –C≡N, –C=O) y desaparición de la banda de 3127 cm⁻¹ (=CH–). Al variar el diámetro del cono, el área de deposición se redujo proporcionalmente (Fig. 2c), indicando un confinamiento más estrecho del chorro. Aumentar la distancia aguja-colector amplió el área (Fig. 2d), pero el cono aún produjo una dispersión menor que el electrohilado convencional. Esto demuestra la capacidad del cono para enfocar el campo eléctrico y mejorar la precisión de deposición.

Análisis del Mecanismo de Deposición Precisa

Los resultados de elementos finitos (Fig. 3) muestran que el cono metálico intensifica la fuerza del campo y estrecha el ángulo de divergencia. La línea de campo cerca del cono alcanza 4×10⁵ V/m (vs. 3×10⁵ V/m sin cono) y el ángulo disminuye de 20° a 6°, confinando el chorro cargado a una trayectoria más pequeña. Esto explica el área de deposición reducida observada experimentalmente.

Hemostasia Rápida In Vivo y Análisis

En el modelo de rata, el dispositivo modificado por campo eléctrico logró hemostasia completa en 10 s (Fig. 4a-c), más rápido que el electrohilado asistido por flujo de aire. La SEM de la superficie hepática (Fig. 4d) reveló una membrana de fibras uniforme de 50 µm de espesor que se adaptó a la topografía irregular de la herida, destacando la adaptabilidad de la técnica.

Los recuentos de leucocitos (Fig. 5a) mostraron inflamación significativamente menor en el grupo de campo eléctrico en el día 5 (p<0.05), comparable a controles sham. Las enzimas hepáticas (ALT, AST, GGT) también se redujeron marcadamente (Fig. 5b-d), indicando lesión hepática mínima. La histología (Fig. 6) reveló un límite tisular más claro, cápsula más delgada y menos células inflamatorias en el grupo de campo eléctrico versus controles de flujo de aire, subrayando la reducción de adhesión tisular y respuesta inflamatoria.

Conclusiones

Hemos demostrado que un sistema de electrohilado modificado por campo eléctrico, con un cono metálico ajustable, entrega deposición precisa y orientada de fibras NOCA para hemostasia hepática rápida. El área de deposición es controlable por el tamaño del cono, y las simulaciones confirman que el campo enfocado reduce la divergencia del chorro. In vivo, la técnica logra hemostasia en 10 s, con menor inflamación y adhesión tisular comparada con el electrohilado asistido por flujo de aire. El diseño portátil y alimentado por batería hace este enfoque adecuado para entornos de emergencia, clínicos, de campo y atención domiciliaria.

Abreviaturas

ALT:

Alanina aminotransferasa

AST:

Aspartato aminotransferasa

CA:

Cianoacrilato

E-hilado:

Electrohilado

FTIR:

Transformada de Fourier infrarroja

GGT:

Glutamiltransaminasa

HE:

Hematoxilina eosina

NOCA:

N-octil-2-cianoacrilato

PMMA:

Polimetil metacrilato

SEM:

Microscopio electrónico de barrido

WBC:

Glóbulo blanco