Даже с достижениями современной медицины врачи все еще заделывают раны методами, которые кажутся более подходящими для кружков ремесла, чем в операционной: скобы, наборы для шитья и клей. Благодаря новому изобретению наука о медицинских клеях может получить современное обновление. Исследователи буквально перевернули камни, чтобы придумать новый сверхпрочный клей из неожиданного источника - слизняков.
Связанный контент
- Более супер суперклей может помочь в создании желеобразных роботов
- Клей, сделанный из слизи мидии, мог предотвратить рубцевание
Текущий золотой стандарт в медицинских клеях - это не что иное, как суперклей. Активное соединение в суперклей, цианоакрилат, является самым жестким веществом, но быть сильным - это почти все, что у него есть для этого. Суперклей не прилипает к влажным поверхностям, что может быть проблемой при кровоточащих ранах. После нанесения на сухую поверхность, он сразу же затвердевает в жесткий и упругий пластик, который ломается, а не движется с телом во время заживления. В довершение всего, он может быть токсичным для живых клеток.
«Иногда это удивительно, не правда ли?» - говорит Дэвид Муни о простоватых методах наложения швов, доступных врачам. Муни - профессор биоинженерии в Гарвардском университете, чьи исследования направлены на создание естественного мира для разработки новых материалов для медицинского применения. «В ходе эволюционного процесса организмам приходится сталкиваться с рядом различных ситуаций», - говорит он. Это может занять миллион лет, но за это время организм сможет найти самый элегантный и эффективный способ перестроить раковину или залатать рану. Люди тянутся за основным оружием.
Муни и его команда стараются привнести немного изящества животного мира в искусственные решения проблем. Они называют это «био вдохновение». Цзяньюй Ли, доктор наук в лаборатории Муни, начал поиск образцового кандидата, который был оплотом силы и гибкости, необходимой для заделки ран и спасения жизней в хирургической среде. Изучив литературу, «мы нашли это очень фантастическое существо», - говорит Ли. «Слизняк»
Arion subfuscus - это обыкновенный оранжевый слизень, который обитает в северных умеренных регионах по всему миру. Его защитная слизь вдохновила новый медицинский клей. (Wikimedia Commons) Слизняк Ариона , о котором идет речь, может показаться маловероятным кандидатом. Эти скромные, ржавые оранжевые моллюски ведут простую жизнь в садах и под бревнами в северных умеренных регионах по всему миру, заботясь о своем собственном бизнесе. То есть, пока что-то с ними не перепутает. Если голодный хищник пытается откусить, слизняк взрывает защитную слизь.
«Когда я обнаружил этих слизней и взял одну из них, я понял, что этот материал действительно удивителен», - говорит Эндрю Смит, профессор биологии в Итака-колледже и эксперт по биохимическим свойствам слизи моллюсков, которая не участвовала в исследовании., «Он буквально сочится с задней стороны пули и за считанные секунды превращается в действительно жесткий, эластичный гель», - говорит он.
«То, что делает его захватывающим, это то, что материал очень прочный», - говорит Смит. Его можно растянуть более чем в 10 раз по длине, как резиновая полоса, которая не сломается. Это может укрепиться, но остается гибким. В отличие от суперклея, он будет работать на мокрой поверхности. И это супер, супер липкий. На самом деле, Смит все еще пытается разобрать свое лабораторное оборудование.
Потрясенный силой слизи, он решил выяснить, как это работает.
«Типичный гель, такой как желе, жесткий, но он хрупкий - если на него надеть ложку, он расколется», - говорит Смит. Слизняки нашли способ быть сильным там, где желатиновые десерты слабы. Он обнаружил, что слизь на 97 процентов состоит из воды, но соткана из двух разных полимеров. Первый организован как сетка; это обеспечивает сильную основу. Через сетку запутаны обширные полимерные цепи, которые скрепляют сетку при растяжении на большие расстояния. Эта так называемая двойная матрица является ключом к силе и гибкости слизи слизи.
Затем слизняки делают все это липким, выравнивая его положительно заряженными белками, которые действуют как атомная липучка, связывая это с отрицательными зарядами на поверхности ткани. Чистый результат? Рот полон непроницаемого клея, когда хищник перекусывает слизняком. Или идеальное вдохновение для нового сверхпрочного медицинского клея.
Этот прочный клей был нанесен на сердце свиньи и растянут, чтобы показать сильную адгезию и долговечность. (Фото: Jianyu Li et al., Science 2017)Основываясь на работах Смита, характеризующих слизь слизи, Ли решил повторить свои свойства в синтетическом клее. Муни и Ли отмечают, что никакие садовые твари никогда не пострадают, чтобы сделать свое изобретение. «У нас нет каких-либо элементов слизи в нашем материале», - говорит Муни. «Мы использовали это как вдохновение».
После нескольких лет проб и ошибок Ли создал прототип, который идеально имитировал долговечные свойства двойной матрицы, которые они описывают в сегодняшнем исследовании в журнале Science . Верхний слой представляет собой гидрогель, который можно разрезать до необходимого размера. Второй слой наносится в виде жидкости на гидрогель и активирует химическое связывание. «Это скотч, который прикреплен к чему-то очень эластичному и может легко перемещаться вместе с тканями», - говорит Муни.
Новый адгезив удачно смотрится, когда речь идет о времени в хирургических условиях. «Это не значит, что если вы случайно прикоснетесь к коже, она застрянет, и вы не сможете ее снять», - говорит Муни. У хирургов будет около 10 секунд, чтобы закрепить клей. После отверждения клей «способен выдерживать стресс и напряжение, испытываемое тканями», говорит Ли, - напрягается, как бьющееся сердце, дыхание и движение.
С помощью прототипа команда провела тестирование клея. Они провели эксперименты по механическому растяжению, использовали клей, чтобы залатать поврежденную печень крысы, и даже продемонстрировали его способность запечатывать большой дефект в бьющемся сердце свиньи. В каждом испытании их адгезив, созданный из слизняков, превосходил все имеющиеся в продаже продукты, гибко перемещаясь с целительными печенками и пульсирующими сердцами, и все это без какой-либо очевидной токсичности.
Стратегия команды смотреть на природу для решения проблем - это ценность, которую разделяет Филлип Мессерсмит, профессор биоинженерии и материаловедения в Университете Калифорнии в Беркли, в исследованиях которого мидии используются в качестве биодыхания для клеев. «Это действительно очень важное исследование», - говорит он. «Очень хорошо выполнено и имеет важные последствия для медицинских применений». Хотя у Мессерсмита не было никаких технических оговорок, он отмечает, что в любых будущих хирургических применениях материал должен быть биоразлагаемым.
К счастью, биоразлагаемая версия этих клеев находится на очереди. Получив патент, Ли и Муни также планируют оценить, может ли их изобретение безопасно использоваться людьми. «У пациентов-людей безопасность имеет первостепенное значение, поэтому будут проводиться долгосрочные исследования, чтобы обеспечить высокий уровень уверенности в безопасности», - говорит Муни. Они также разрабатывают версию адгезива, который можно вводить в труднодоступные места, которые необходимо залатать. Вдохновленный скромным слизняком под камнями в вашем саду, кажется, что небо - предел для этого изобретения.
«Мы работали над слизнями некоторое время, и я был действительно уверен, что это приведет к чему-то хорошему», - говорит Смит. «Я всегда чувствовал, что этот слизень был замечательным и мог привести к действительно полезным клеям, и ничего себе - они действительно показали».
