Chiar și cu avansurile medicinii moderne, medicii încă sigilează rănile cu tehnici care par a fi mai potrivite pentru cercurile meșteșugării decât sala de operație: capse, truse de cusut și lipici. Datorită unei noi invenții, știința adezivilor medicali poate obține o reînnoire modernă. Cercetătorii au întors literalmente pietrele pentru a crea un nou lipici super-puternic dintr-o sursă puțin probabilă - bâlci.
Continut Asemanator
- Un superglu mai mare ar putea ajuta la construirea de roboți asemănătoare cu jeleu
- Adezivul făcut din soiul de midii ar putea preveni cicatrizarea
Standardul actual de aur în adezivii medicali nu este altul decât superglue. Compusul activ din superglue, cianoacrilatul, este cea mai grea substanță de acolo, dar a fi puternic înseamnă cam tot ce are nevoie pentru ea. Superglue nu se va lipi de suprafețele umede, ceea ce tinde să fie o problemă cu rănile sângerare. Odată aplicat pe o suprafață uscată, se solidifică imediat într-un plastic rigid și nestăpânitor care se rupe în loc să se miște cu corpul în timpul vindecării. Pentru a înlătura lucrurile, poate fi toxic pentru celulele vii.
„Uneori este surprinzător, nu?”, Spune David Mooney despre metodele de suturare rustică disponibile medicilor. Mooney este un profesor de bioinginerie la Universitatea Harvard a cărui cercetare privește lumea naturală pentru a proiecta noi materiale pentru aplicații medicale. „De-a lungul procesului evolutiv, organismele trebuie să se confrunte cu o serie de situații diferite”, spune el. S-ar putea să dureze un milion de ani, dar în acel timp un organism poate găsi cea mai elegantă și eficientă cale de a reconstrui o coajă sau a pluta o rană. Oamenii ajung la o armă de capse.
Mooney și echipa sa încearcă să aducă un pic din finețea regnului animal în soluții create de om. Ei o numesc „bioinspirație”. Jianyu Li, un coleg postdoctoral în laboratorul lui Mooney, a început căutarea unui candidat exemplar care era un bastion al forței și flexibilității necesare pentru a sigila rănile și a salva vieți într-un cadru chirurgical. După ce a dat curs literaturii, „[am găsit] această creatură foarte fantastică”, spune Li. - Bârlogul.
Arion subfuscus este o balață portocalie obișnuită care trăiește în regiunile temperate din nordul lumii. Mucusul său protector a inspirat un nou lipici medical. (Wikimedia Commons) Arion subfuscus , balaia în cauză, poate părea un candidat puțin probabil. Aceste moluște portocalii neobișnuite, ruginite, duc o viață simplă în grădini și sub bușteni din regiunile temperate din nordul lumii, având în vedere propriile lor afaceri. Adică până când ceva se încurcă cu ele. Dacă un prădător înfometat încearcă să ia un nerv, bârlogul detonează un cache de mucus defensiv.
„Când am descoperit aceste sluguri și am ales unul dintre ele, am știut că acest material este cu adevărat uimitor”, spune Andrew Smith, profesor de biologie la Colegiul Ithaca și expert în proprietățile biochimice ale mucusului moluștelor care nu a fost implicat în studiu. . „Se scurge literalmente de pe spatele slugii și se transformă în câteva secunde într-un gel foarte dur, elastic”, spune el.
„Lucrul care îl face interesant este că materialul este foarte dur”, spune Smith. Poate fi întinsă de mai mult de 10 ori pe lungimea proprie, precum o bandă de cauciuc care nu se va prinde. Se poate întări, dar rămâne flexibil. Spre deosebire de superglue, acesta va funcționa pe suprafețe umede. Și este super, super lipicios. De fapt, Smith încă se chinuie să-și îndepărteze echipamentul de laborator.
Transfixat de puterea mucusului, el și-a propus să-și dea seama cum a funcționat.
„Un gel tipic ca Jell-o este rigid, dar este fragil - dacă apăsați o lingură pe acesta se desparte”, spune Smith. Slugile au descoperit o modalitate de a fi puternice în cazul în care deserturile gelatinoase sunt slabe. El a descoperit că mucusul este 97 la sută de apă, dar țesut cu doi polimeri diferiți. Prima este organizată ca o plasă de plasă; oferă coloana vertebrală puternică. Îmbrăcați prin plasă sunt lanțuri extinse de polimeri care mențin plasa tricotată la distanță lungă. Această așa-numită matrică dublă este cheia forței și flexibilității mucusului slugii.
Apoi, lingurile fac ca totul să se lipească, căptușind-o cu proteine încărcate pozitiv, care acționează ca velcro atomic, legându-l de sarcinile negative de pe suprafețele țesutului. Rezultatul net? O gură plină de lipici impermeabil atunci când un prădător intră la o gustare. Sau, inspirația perfectă pentru un adeziv medical ultra-puternic.
Acest adeziv dur a fost aplicat pe o inimă de porc și întins pentru a arăta aderența și durabilitatea puternică. (Credit: Jianyu Li și colab., Știință 2017)Pe baza lucrărilor lui Smith care caracterizează mucusul slug, Li și-a propus să-și reproducă proprietățile într-un adeziv sintetic. Mooney și Li subliniază că niciunul dintre criterii de grădină nu va fi niciodată rănit să își facă invenția. „Nu avem niciun element de mucus de slugă în materialul nostru”, spune Mooney. „Am folosit-o ca inspirație.”
După câțiva ani de încercare și eroare, Li a produs un prototip care imita perfect proprietățile durabile ale matricei duble, pe care le descriu într-un studiu aflat astăzi în revista Science . Stratul superior este un hidrogel care poate fi tăiat la dimensiunea necesară. Cel de-al doilea strat se aplică sub formă de lichid pe hidrogel și activează lipirea chimică. „Banda Scotch este atașată de ceva foarte elastic și se poate mișca ușor cu țesuturile”, spune Mooney.
Noul adeziv lovește punctul dulce atunci când vine vorba de cronometrare și într-un cadru chirurgical. „Nu este ca și cum îl atingeți accidental pe pielea dvs. este blocat și nu îl puteți scoate”, spune Mooney. Chirurgii ar avea aproximativ 10 secunde pentru a pune adezivul la loc. Odată stabilit, adezivul „poate adapta stresul și încordarea cu care se confruntă țesuturile”, spune Li - încordează ca o inimă care bate, respirația și mișcarea.
Cu un prototip, echipa a pus adezivul la încercare. Au efectuat experimente mecanice de întindere, au folosit adezivul pentru a remedia ficatele de șobolan rănite și chiar și-au demonstrat rezistența în etanșarea unui defect mare într-o inimă de porc care bate. În fiecare încercare, adezivul lor inspirat de bâlci a depășit toate produsele disponibile în comerț, mișcându-se flexibil cu ajutorul ficatelor vindecătoare și pompând inimile, toate fără toxicitate evidentă.
Strategia echipei de a căuta natura în rezolvarea problemelor este o valoare împărtășită de Phillip Messersmith, un profesor de bioinginerie și știința materialelor de la Universitatea din California Berkeley ale cărui cercetări utilizează midii ca bioinspirație pentru adezivi. „Este cu adevărat un studiu foarte important”, spune el. „Foarte bine executat și cu implicații importante pentru aplicații medicale”. Deși Messersmith nu avea rezerve tehnice, el observă că orice aplicații chirurgicale viitoare vor necesita materialul să fie biodegradabil.
Din fericire, o versiune biodegradabilă a acestor adezivi se găsește pe priză. Cu un brevet în curs, Li și Mooney intenționează, de asemenea, să evalueze dacă invenția lor poate fi folosită în siguranță la oameni. „La pacienții umani, siguranța este esențială, astfel încât vor exista studii pe termen lung pentru a avea un nivel ridicat de încredere în siguranță”, spune Mooney. De asemenea, dezvoltă o versiune a adezivului care poate fi injectată în locuri greu accesibile, care au nevoie de plasare. Inspirat de o tâlcuie neobișnuită sub rocile din grădina ta, se pare că cerul este limita pentru această invenție.
„Am lucrat la bătăi de ceva vreme și am fost cu adevărat încrezător că acest lucru va duce la ceva bun”, spune Smith. „Am simțit întotdeauna că această labă a fost remarcabilă și a avut potențialul de a duce la lipici foarte utile și wow - au arătat cu adevărat.”
