Inżynierowie MIT opracowali mocny, biokompatybilny klej, który może uszczelniać uszkodzoną tkankę i zatrzymywać krwawienie, zainspirowany lepką substancją, której pąkle używają do przyklejania się do skał. Źródło: zdjęcia stockowe
Nowy klej, który naśladuje lepką substancję używaną przez pąkle do przyklejania się do skał, może zapewnić lepszy sposób leczenia urazów.
Zainspirowani lepką substancją, której pąkle używają do przyklejania się do skał, inżynierowie z MIT zaprojektowali mocny biokompatybilny klej, który może uszczelnić uszkodzoną tkankę i zatrzymać krwawienie.
Nawet jeśli powierzchnia jest pokryta krwią, ta nowa pasta może przywierać do powierzchni i może tworzyć szczelne zamknięcie w ciągu około 15 sekund po nałożeniu. Naukowcy twierdzą, że ten klej może zapewnić skuteczniejszy sposób leczenia urazów i pomagać w kontrolowaniu krwawienia podczas operacji.
„Rozwiązujemy problem adhezji w trudnym środowisku, jakim jest wilgotne, dynamiczne środowisko tkanek ludzkich. Jednocześnie staramy się przekształcić tę podstawową wiedzę w prawdziwe produkty, które mogą ratować życie” – powiedział MIT Machinery Said Zhao Xuanhe, profesor inżynierii oraz inżynierii lądowej i środowiskowej oraz jeden z głównych autorów badania.
Christoph Nabzdyk jest anestezjologiem kardiologicznym i lekarzem intensywnej terapii w Mayo Clinic w Rochester w stanie Minnesota oraz starszym autorem artykułu, który został opublikowany w Nature Biomedical Engineering 9 sierpnia 2021 roku. są głównymi autorami opracowania.
Grupa badawcza: Hyunwoo Yuk, Jingjing Wu, Xuanhe Zhao (od lewej do prawej), trzymający w dłoniach maść hemostatyczną z muszli pąkli i gumy pąkli. Źródło: dostarczone przez badacza
Znalezienie sposobu na zatrzymanie krwawienia to od dawna problem, ale nie został jeszcze w pełni rozwiązany, powiedział Zhao. Szwy są zwykle używane do zamykania ran, ale szwy są czasochłonnym procesem, którego ratownicy zwykle nie mogą wykonać w nagłych wypadkach. Wśród żołnierzy utrata krwi jest główną przyczyną zgonów po urazach, podczas gdy w populacji ogólnej utrata krwi jest drugą najczęstszą przyczyną zgonów po urazach.
W ostatnich latach na rynku pojawiły się pewne materiały, które mogą zatrzymać krwawienie, zwane również środkami hemostatycznymi. Wiele z nich składa się z plastrów zawierających czynniki krzepnięcia, które same pomagają w krzepnięciu krwi. Jednak ich uszczelnienie zajmuje kilka minut i nie zawsze działa na mocno krwawiące rany.
Laboratorium Zhao od wielu lat angażuje się w rozwiązanie tego problemu. W 2019 roku jego zespół opracował dwustronną taśmę tkankową i wykazał, że może być używana do zamykania nacięć chirurgicznych. Ta taśma jest inspirowana lepkim materiałem używanym przez pająki do chwytania zdobyczy w wilgotnych warunkach. Zawiera naładowane polisacharydy, które niemal natychmiast wchłaniają wodę z powierzchni, usuwając drobne, suche plamy, do których może przykleić się klej.
Przy opracowywaniu nowego kleju tkankowego naukowcy ponownie zainspirowali się naturą. Tym razem skupili swoją uwagę na pąklich, czyli małych skorupiakach przyczepionych do innych zwierząt, takich jak skały, kadłuby łodzi, a nawet wieloryby. Podłoża te są wilgotne i zwykle bardzo brudne – takie warunki utrudniają przyczepność.
– To przykuło naszą uwagę – powiedział Yuk. „To bardzo interesujące, ponieważ aby uszczelnić krwawiącą tkankę, trzeba poradzić sobie nie tylko z wilgocią, ale także z zanieczyszczeniem wypływającej krwi. Odkryliśmy, że to stworzenie żyjące w środowisku morskim robi dokładnie to samo, co my, aby sobie z nim poradzić. Złożone problemy z krwawieniem”.
Analiza gumy pąkli przez naukowców pokazuje, że ma ona unikalny skład. Lepkie cząsteczki białka, które pomagają pąkle przyczepiać się do powierzchni, są zawieszone w rodzaju oleju, który może odpychać wodę i wszelkie zanieczyszczenia znajdujące się na powierzchni, dzięki czemu lepkie białko jest mocno przyczepione do powierzchni.
Zespół MIT postanowił spróbować imitować ten klej, dostosowując klej, który wcześniej opracowali. Ten lepki materiał składa się z polimeru zwanego poli(kwasem akrylowym), w którym osadzony jest związek organiczny zwany estrem NHS, aby zapewnić przyczepność, podczas gdy chitozan jest cukrem, który wzmacnia materiał. Naukowcy zamrażają płatki tego materiału, mieli je na cząstki, a następnie zawieszają je w oleju silikonowym klasy medycznej.
Gdy uzyskaną pastę nakłada się na wilgotną powierzchnię (taką jak tkanka pokryta krwią), olej będzie odpychał krew i inne substancje, które mogą być obecne, powodując sieciowanie lepkich cząstek i tworzenie szczelnego uszczelnienia na ranie. Testy naukowców na myszach wykazały, że w ciągu 15 do 30 sekund po nałożeniu kleju, delikatnie naciskając, klej zestalił się i przestał krwawić.
Naukowcy stwierdzili, że w porównaniu z dwustronną taśmą zaprojektowaną przez naukowców w 2019 roku, jedną z zalet tego nowego materiału jest to, że pasta może być formowana tak, aby pasowała do nieregularnych ran, a taśma może być bardziej odpowiednia do uszczelniania chirurgii Zrób nacięcie lub przymocuj wyrób medyczny do tkanki. „Możliwa do formowania pasta może wpłynąć i dopasować się do każdego nieregularnego kształtu i uszczelnienia” – powiedział Wu. „Dzięki temu użytkownicy mogą swobodnie dostosowywać się do różnych krwawiących ran o nieregularnym kształcie”.
W testach przeprowadzonych na świniach Nabzdyk i jego koledzy z Mayo Clinic odkryli, że ten klej może szybko zatrzymać krwawienie i że działa szybciej i skuteczniej niż porównywany przez nich dostępny na rynku środek hemostatyczny. Może nawet działać, gdy podaje się świniom silny środek rozrzedzający krew (heparynę), aby krew nie tworzyła samoistnie skrzepów.
Ich badania pokazują, że uszczelnienie pozostaje nienaruszone przez kilka tygodni, pozwalając tkance na samoistne gojenie się, a klej powoduje niewielkie zapalenie, podobne do stanu zapalnego powodowanego przez obecnie stosowane środki hemostatyczne. Klej będzie powoli wchłaniany przez organizm w ciągu kilku miesięcy. Jeśli chirurg musi naprawić ranę po pierwszym zastosowaniu, może ją również wcześniej usunąć za pomocą roztworu, który ją rozpuści.
Naukowcy planują teraz przetestować klej na większych ranach i mają nadzieję, że udowodni to, że klej może być stosowany w leczeniu urazów. Przewidywali również, że może to być przydatne podczas operacji, która zwykle wymaga od chirurga poświęcenia dużej ilości czasu na kontrolowanie krwawienia.
„Jesteśmy technicznie zdolni do wykonywania wielu skomplikowanych operacji, ale nasza zdolność do szybkiego kontrolowania szczególnie ciężkich krwawień tak naprawdę nie uległa poprawie” – powiedział Nabzdyk.
Innym możliwym zastosowaniem jest pomoc w zatrzymaniu krwawienia. Pacjenci ci mają włożone do naczyń krwionośnych plastikowe rurki, takie jak te używane do cewników tętniczych lub centralnych lub do pozaustrojowego natleniania błonowego (ECMO). Podczas ECMO maszyna służy do wypompowywania krwi pacjenta z organizmu w celu jej dotlenienia. Jest stosowany w leczeniu osób z ciężką niewydolnością serca lub płuc. Rurka jest zwykle zakładana na kilka tygodni lub miesięcy, a krwawienie w miejscu wprowadzenia może spowodować infekcję.
Odniesienie: „Pasta inspirowana gumą pąkli do szybkiego i niezależnego od koagulacji uszczelniania hemostatycznego” Autorzy: Hyunwoo Yuk, Jingjing Wu, Tiffany L. Sarrafian, Xinyu Mao, Claudia E. Varela, Ellen T. Roche, Leigh G. Griffiths, Christoph S. Nabzdyk i Xuanhe Zhao, 9 sierpnia 2021, Nature Biomedical Engineering.DOI: 10.1038/s41551-021-00769-y
Naukowcy otrzymali dofinansowanie z MIT Deshpande Center, aby pomóc im w komercjalizacji kleju, co mają nadzieję osiągnąć po przeprowadzeniu dodatkowych badań przedklinicznych na modelach zwierzęcych. Badania otrzymały również fundusze od National Institutes of Health, National Science Foundation i Office of Army Research za pośrednictwem Instytutu Nanotechnologii Żołnierza w Massachusetts Institute of Technology oraz Fundacji Zoll.
Prosimy o jak najszybszą komercjalizację. Moja żona zakleiła mi ranę klejem. Żądło jak diabli. Cóż, może jestem dzieckiem, jak mówiła za każdym razem, gdy aplikowała.
SciTechDaily: Najlepszy dom wiadomości naukowych i technologicznych od 1998 roku. Bądź na bieżąco z najnowszymi wiadomościami technologicznymi za pośrednictwem poczty elektronicznej lub mediów społecznościowych.
Badanie z udziałem 6,2 miliona pacjentów prowadzone przez naukowców z Kaiser Permanente i CDC będzie trwało przez 2 lata. Naukowcy z federalnych i cesarskich instytucji medycznych przeczesują dokumentację medyczną…
Czas publikacji: wrzesień-09-2021