Caracterización físico-química, evaluación de la adhesión y comportamiento in-vitro e in-vivo de adhesivos tisulares de cianoacrilato con diferente longitud de cadena alquílica

Resumen

Son pocos los trabajos en la bibliografía que estudian las propiedades físico-químicas de adhesivos de cianoacrilato y también analizan su eficacia en el cierre de heridas en Veterinaria y Medicina. Hasta donde conocemos, no existe ningún trabajo bibliográfico que correlacione dichas propiedades físico-químicas con la eficacia en el cierre de incisiones con adhesivos de cianoacrilato, siendo éste el objetivo principal de este trabajo de tesis doctoral. Particularmente, se han utilizado tres adhesivos de cianoacrilato de diferente longitud de cadena alquílica (cianoacrilato de etilo, n-butilo y n-octilo). Las novedades de este trabajo han sido realizar una búsqueda bibliográfica exhaustiva de adhesivos de cianoacrilato de alquilo, el establecimiento de nuevas metodologías para la caracterización físico-química de dichos adhesivos (cinética de polimerización mediante espectroscopia infrarroja, análisis termogravimétrico, microscopía electrónica de barrido), nuevos métodos para evaluar la adhesión inicial y final de los adhesivos de cianoacrilato, la realización de analíticas bioquímicas y hemológicas de conejos albinos neozelandeses a los que se han realizado incisiones cerradas con adhesivos de cianoacrilato y con sutura, y la comparativa del estudio histológico de incisiones cerradas con adhesivos de cianoacrilato de etilo, n-butilo y n-octilo. El aumento de la longitud de la cadena alquílica del monómero de cianoacrilato generó un aumento de la intensidad de las señales de los carbonos de los grupos C=C, C=O y C¿N en los espectros de RMN de carbono-13. Mientras que el cianoacrilato de etilo estaba constituido por monómero, el cianoacrilato de n-butilo consistía en monómero y algunos dímeros, y el cianoacrilato de n-octilo presentaba un menor contenido de monómero, mostrando cinco descomposiciones a mayores temperaturas. La polimerización de los monómeros de cianoacrilato se pudo seguir por primera vez en la literatura científica mediante espectroscopia IR-ATR. El inicio de la polimerización era muy rápido en el cianoacrilato de n-butilo y la polimerización prácticamente finalizaba en 60 minutos. El cianoacrilato de n-octilo es el que tardó más tiempo en iniciar su polimerización y, una vez iniciada, el proceso de polimerización fue el más lento de los tres cianocrilatos estudiados. El cianoacrilato de etilo presentaba la cinética de polimerización más rápida, ya que una vez iniciada, en un tiempo muy corto, todo el monómero se convirtió en polímero; tras 60 minutos, la polimerización era completa. La polimerización de los monómeros de cianoacrilato modificó su estructura química, desapareciendo los grupos C=C, reduciéndose notablemente la intensidad de la banda del grupo ciano, y apareciendo dos nuevas bandas a 856 y 1246 cm-1 debidas a la formación de nuevos grupos C-O-C. Las propiedades térmicas de los polímeros de cianoacrilato diferían de las de sus correspondientes monómeros. Mientras que el cianoacrilato de etilo presentaba una única descomposición térmica a 199 ºC, tanto los polímeros de cianoacrilato de n-butilo como de n-octilo mostraban dos descomposiciones térmicas debidas a la creación de dos estructuras diferentes. Además, el polímero de cianoacrilato de etilo presentaba dos temperaturas de transición vítrea a 46 y 86 ºC, debido probablemente a que, aun tras 7 días desde el inicio de la polimerización con agua, no había polimerizado completamente. Por otra parte, la temperatura de transición vítrea del polímero de cianoacrilato disminuía al aumentar la longitud de la cadena alquílica, indicando que aumentaba su flexibilidad. La descomposición de los polímeros de cianoacrilato se producía entre 232 y 242 ºC y las interacciones entre las cadenas poliméricas del cianoacrilato de etilo eran mayores que en el de n-butilo y n-octilo, lo que indicaba que la exotermicidad durante el proceso de curado debía ser mayor para el cianoacrilato de etilo. Por primera vez en la literatura se ha analizado la superficie de los cianoacrilatos polimerizados empleando microscopía electrónica de barrido. La topografía de la superficie del polímero de cianoacrilato de etilo era homogénea y lisa. Sin embargo, la estructura de la superficie del polímero de cianoacrilato de n-butilo y, en mayor medida, la del cianoacrilato de n-octilo era heterogénea apareciendo una configuración de cadenas enmarañadas. Cuanto mayor era la longitud de la cadena alquílica del cianoacrilato, mayor era su rugosidad, porosidad y tamaño de las cadenas poliméricas en su superficie. La adhesión de los adhesivos de cianoacrilato se obtuvo mediante métodos normalizados ASTM (ASTM F 2255-05 y ASTM F 2258-05) y métodos que se pusieron a punto en este trabajo. Se eligió piel de cerdo como sustrato para evaluar la adhesión de los cianoacrilatos, y la adhesión a los 60 segundos (adhesión inicial) era suficientemente alta para mantener los bordes de los tejidos blandos unidos, siendo el cianoacrilato de etilo el que mayor fuerza de adhesión producía seguido del cianoacrilato de n-butilo y cianoacrilato de n-octilo. Los valores de adhesión de uniones piel de cerdo/adhesivo de cianoacrilato/piel de cerdo bajo esfuerzos de cizalla y tracción (normas ASTM F 2255-05 y ASTM F 2258-05) tras una hora desde la realización de las uniones disminuían al aumentar la longitud de la cadena alquílica del cianoacrilato, y eran mayores que los obtenidos tras 60 segundos debido a que la polimerización del adhesivo progresó. En la literatura científica no se han comparado las propiedades de cianoacrilatos con diferente longitud de cadena alquílica polimerizados con diferentes catalizadores,. En este trabajo se han usado agua y trietilamina como catalizadores para polimerizar cianoacrilatos de etilo, n-butilo y n-octilo, y se han comparado las propiedades de los polímeros obtenidos. Las propiedades térmicas y estructura de los polímeros de cianoacrilato obtenidos por curado con trietilamina y agua eran diferentes. Aparecieron más descomposiciones y a mayor temperatura cuando los cianoacrilatos se polimerizaban con trietilamina, debido a que se producían estructuras diferentes y más reticuladas que cuando se empleaba agua como catalizador. Por otra parte, las diferencias debidas a la longitud de la cadena alquílica del cianoacrilato se perdían cuando se polimerizaban con trietilamina, indicando que la polimerización era mucho más rápida. Todos los polímeros de cianoacrilato curados con trietilamina presentaban una sola temperatura de transición vítrea, la cual disminuía al aumentar la longitud de la cadena alquílica, indicando que aumentaba su flexibilidad. Los valores de las temperaturas y entalpías de descomposición de los polímeros de cianoacrilato polimerizados con trietilamina eran mayores en los cianoacrilatos polimerizados con agua y, la topografía de la superficie de los polímeros era muy diferente. La polimerización con trietilamina daba lugar a estructuras más rugosas y heterogéneas, así como más desordenadas. El adhesivo de cianoacrilato de etilo parecía presentar una tolerancia biológica semejante a la sutura con monofilamento quirúrgico, por lo que puede constituir una alternativa para el cierre de heridas cutáneas en cirugía animal y posiblemente también en humana. Además, proporcionaba una unión muy rápida, eficaz y resistente de los bordes de la herida en piel de conejos albinos neozelandeses, además de otorgarle flexibilidad, lo cual permitió al animal moverse de manera natural sin apenas molestias; además, se observaron menores manifestaciones clínicas de reacción inflamatoria en el proceso de cicatrización. Recién realizada la intervención, las heridas mostraron mayor inflamación cuando se cerraban con sutura, y además se constató que el adhesivo de cianoacrilato de etilo presentaba propiedades hemostáticas. Se realizó un seguimiento mediante analítica bioquímica y hemogramas de los animales desde el día 3 hasta el día 21 desde el cierre de las heridas. Los valores analíticos estuvieron dentro del rango normal, pero las cantidades de células blancas y de linfocitos no variaban con el tiempo en los conejos cuyas heridas se cerraron con sutura siendo algo mayores y aumentaban gradualmente con el tiempo en los conejos cuyas heridas se cerraban con adhesivo de cianoacrilato de etilo. Este aumento podía deberse a la respuesta inmunológica al adhesivo, indicando cierta toxicidad del mismo. A los 3 días desde el cierre de las incisiones, el adhesivo de cianoacrilato de etilo resultaba bastante eficaz en el cierre de las heridas favoreciendo una rápida cicatrización con escasa inflamación por daño tisular, en comparación con la sutura que necesitaba 8 días para proporcionar una buena cicatrización. A los 7-8 días desde el cierre de las incisiones, el adhesivo de cianoacrilato de etilo resultaba tan eficaz como la sutura, favoreciendo una buena cicatrización con escasa inflamación por daño tisular. Tras 14 días la incisión cerrada con sutura mostraba la dermis regenerada, un tejido de cicatrización con pocas células de reacción inflamatoria en la zona de la incisión mostrando cierta fibrosis y pocas células adiposas. Por su parte, las incisiones cerradas con adhesivo de cianoacrilato de etilo mostraban una menor reacción inflamatoria que las cerradas con sutura, los bordes estaban unidos, y no aparecían restos de adhesivo, ni restos de fibrosis por cicatrización. A los 21 y 28 días desde el cierre de las incisiones, el adhesivo de cianoacrilato de etilo y la sutura mostraron similares resultados de excelente cicatrización con escasa inflamación por daño tisular, no pudiendo observarse prácticamente las cicatrices. Por otra parte, al comparar los resultados de las cicatrizaciones de la piel según el trayecto de las incisiones (transversales vs longitudinales), en el mismo o en distinto animal, no parecieron existir diferencias importantes entre la eficacia de la unión tanto con sutura como con adhesivo de cianocrilato de etilo. No obstante, el proceso de cicatrización era más rápido en las incisiones transversales cerradas con adhesivo. Respecto a los ensayos in-vivo comparativos de diferentes adhesivos de cianoacrilato, los de etilo y n-octilo proporcionaron resultados semejantes en cuanto a su eficacia camparativa en el cierre de heridas, mientras que el adhesivo de cianoacrilato de n-butilo resultó demasiado agresivo con la piel del conejo provocando erosión por exceso de reacción térmica y/o corrosión en el momento de su aplicación. Dada su excesiva dureza y las alteraciones estructurales provocadas en los tejidos de la piel, se obtuvieron resultados de cicatrización inferiores. Todos los adhesivos de cianoacrilato mostraban propiedades hemostáticas y un buen cierre de las incisiones inmediatamente tras su aplicación, tanto en incisiones transversales como longitudinales. Tras 3 días desde el cierre de las incisiones, todos los adhesivos mostraban una buena cicatrización, salvo para la incisión longitudinal cerrada con cianoacrilato de n-butilo que se abrió parcialmente. Las heridas transversales y longitudinales estaban completamente cerradas con todos los adhesivos tras 7 días, no quedando restos visibles de ninguno de los adhesivos sobre las heridas cerradas. El seguimiento mediante analítica de sangre mostró que la cantidad de células blancas, linfocitos y hematocrito era similar para todos los adhesivos de cianoacrilato, pero la cantidad de células rojas aumentaba con el tiempo y los niveles de proteína total y de globulina eran superiores en los conejos cuyas incisiones se cerraron con cianoacrilato de n-butilo. A los 3 días desde el cierre de las incisiones, los adhesivos de cianoacrilato de etilo y de n-octilo eran relativamente eficaces favoreciendo una rápida cicatrización con escasa inflamación por daño tisular, en comparación con el adhesivo de cianoacrilato de n-butilo que mostraba una pobre cicatrización. La cicatrización era similar en las heridas cerradas transversal y longitudinalmente. A los 7 días desde el cierre de las incisiones, los adhesivos de cianoacrilato de etilo y de n-octilo eran mucho más eficaces, favoreciéndose la cicatrización con escasa inflamación por daño tisular en el cianoacrilato de etilo. La histología de la incisión longitudinal cerrada con adhesivo de cianoacrilato de etilo tras 3 días mostró los bordes algo separados, y un tejido de cicatrización con pocas células de reacción inflamatoria. En el caso del adhesivo de cianoacrilato de n-butilo, los bordes de la incisión estaban muy separados, apareciendo muchos restos de adhesivo y un tejido de cicatrización con muchas células de reacción inflamatoria. Para el adhesivo de cianoacrilato de n-octilo, los bordes de la incisión cortada longitudinalmente estaban muy separados, apareciendo algunos restos de adhesivo y un tejido de cicatrización con muchas células de reacción inflamatoria. Tras 7 días, la incisión presentaba los bordes unidos, con formación de la dermis, y apareciendo escasos restos de adhesivo. La unión presentaba escasos restos de fibrosis por cicatrización, aunque aparecía una ligera inflamación en la zona más interna. Para el cianoacrilato de n-butilo, los bordes de la incisión estaban muy separados y eran irregulares, apareciendo restos de adhesivo y un tejido de cicatrización con muchas células de reacción inflamatoria. Respecto al adhesivo de cianoacrilato de n-octilo, los bordes de la incisión cortada longitudinalmente estaban muy bien unidos, generando una unión perfecta sin restos de adhesivo, con una cicatriz poco fibrosa y el tejido de cicatrización reconstruido. Tras 7 días desde la aplicación del adhesivo de cianoacrilato de etilo o de n-octilo, las heridas en la piel del conejo estaban completamente cerradas. Finalmente, para la incisión cerrada con el adhesivo de cianoacrilato de n-butilo tras 14 días, los bordes estaban completamente unidos, pero el tejido de cicatrización mostraba una notable reacción inflamatoria, apareciendo una gran retracción por fibrosis de las capas dermis e hipodermis de la piel. Además, en la cicatriz interior aparecían restos de adhesivo ocluidos.