Tudi pri napredku sodobne medicine zdravniki še vedno zapečatijo rane s tehnikami, ki so na videz bolj primerne za obrtne kroge kot operacijska dvorana: sponke, šivalni kompleti in lepilo. Zahvaljujoč novemu izumu lahko znanost o medicinskih lepilih dobi sodoben prenovo. Raziskovalci so dobesedno prevrnili kamne, da bi izdelovali novo super močno lepilo iz malo verjetnega vira - polži.
Sorodne vsebine
- Bolj super Superglue bi lahko pomagal pri izdelavi želejev podobnih robotov
- Lepilo iz školjke Slim lahko prepreči brazgotinjenje
Trenutni zlati standard v medicinskih lepilih ni nič drugega kot superglue. Zdravilna učinkovina v super lepilu, cianoakrilat, je najtežja snov, toda če je močna, gre skoraj za vse, kar ji gre. Superglue ne bo nalepila na vlažne površine, kar ponavadi predstavlja težave s krvavitimi ranami. Ko ga enkrat nanesemo na suho površino, se strdi v trdo in nepopustljivo plastiko, ki se med celjenjem razbije, namesto da se premika s telesom. Poleg tega je lahko toksično za žive celice.
"Včasih je presenetljivo, kajne?" Pravi David Mooney o kmečkih metodah šivanja, ki so na voljo zdravnikom. Mooney je profesor bioinženiringa na univerzi Harvard, katerega raziskave gledajo v naravni svet, da oblikujejo nove materiale za medicinske namene. "V času evolucijskega procesa se morajo organizmi soočiti s številnimi različnimi situacijami, " pravi. Lahko bi trajalo milijon let, toda v tem času lahko organizem najde najbolj eleganten in učinkovit način za obnovo lupine ali zapiranje rane. Ljudje posežejo po pištoli za spenjanje.
Mooney in njegova ekipa poskušajo vnesti delček finosti živalskega kraljestva v človeško reševanje problemov. Jianyu Li, podoktorski sodelavec v laboratoriju Mooney, je začel iskati zglednega kandidata, ki je bil temelj trdnosti in prožnosti, potrebnih za zapečatenje ran in reševanje življenj v kirurškem okolju. Po prenosu literature smo "našli [to] zelo fantastično bitje, " pravi Li. "Polž."
Arion subfuscus je navadni oranžni polž, ki živi v severno zmernih regijah po vsem svetu. Njegova zaščitna sluz je navdihnila novo medicinsko lepilo. (Wikimedia Commons) Arion subfuscus , zadevni polž, se morda zdi malo verjetno. Ti nezahtevni, zarjaveli oranžni mehkužci vodijo preprosto življenje na vrtovih in pod hlodi v zmerno severnih regijah po vsem svetu in upoštevajo svoje podjetje. Se pravi, dokler se nekaj zmeša z njimi. Če se lačni plenilec poskuša najesti, polž eksplodira zaklep obrambne sluzi.
"Ko sem odkril te polže in pobral enega od njih, sem vedel, da je to gradivo res neverjetno, " pravi Andrew Smith, profesor biologije na Ithaca College in strokovnjak za biokemične lastnosti sluzi mehkužca, ki ni bil vključen v študijo . "Dobesedno odteče s hrbtne strani polža in se v nekaj sekundah postavi v resnično elastičen gel, " pravi.
"Vznemirljivo je, da je material zelo trd, " pravi Smith. Lahko ga raztegnete več kot 10-kratnik lastne dolžine, kot gumijasti trak, ki se ne bo zaskočil. Lahko strdi, vendar ostane prožna. Za razliko od superglue deluje na mokrih površinah. In je super, super lepljiv. Pravzaprav se Smith še vedno bori, da bi razgradil svojo laboratorijsko opremo.
Preobremenjen z močjo sluzi se je odločil ugotoviti, kako deluje.
"Tipičen gel, kot je Jell-o, je trd, vendar je krhek - če pritisnete na žlico, se razcepi, " pravi Smith. Polžki so si zamislili način, kako biti močni, če so želatinaste sladice šibke. Odkril je, da je sluz 97 odstotkov vode, toda prepletena z dvema različnima polimerjema. Prva je organizirana kot mrežasta mreža; zagotavlja močno hrbtenico. Prepletene mreže so široke polimerne verige, ki mrežno mrežo držijo skupaj, ko se raztezajo na dolge razdalje. Ta tako imenovana dvojna matrica je ključna za moč in prožnost sluzi polža.
Nato polži naredijo celotno stvar lepljivo, tako da jo obložijo s pozitivno nabitimi beljakovinami, ki delujejo kot atomska žametnica in jo vežejo na negativne naboje na površinah tkiv. Čisti rezultat? Usta, polna neprepustnega lepila, ko plenilec poseže po polžu. Ali pa popoln navdih za novo, ultra močno medicinsko lepilo.
To trdo lepilo smo nanesli na prašičje srce in ga raztegnili, da bi pokazali močno oprijemljivost in trajnost. (Zasluge: Jianyu Li idr., Science 2017)Li je na osnovi Smithovega dela, ki opisuje sluz polža, nameraval ponoviti svoje lastnosti v sintetičnem lepilu. Mooney in Li poudarjata, da nobenemu vrtu ne bo škodovala, da bi se izumila. "V našem materialu nimamo nobenega elementa sluzi", pravi Mooney. "Uporabili smo ga kot navdih."
Po nekaj letih preizkušenj in napak je Li izdelal prototip, ki je popolnoma oponašal trakove trpežne dvojne matrične lastnosti, ki jih opisujejo v današnji študiji v reviji Science . Zgornja plast je hidrogel, ki ga lahko razrežemo na potrebno velikost. Drugi sloj se nanese kot tekoč na hidrogel in aktivira kemično vezanje. "To je škotski trak, ki je pritrjen na nekaj zelo elastičnega in se lahko hitro premika s tkivi, " pravi Mooney.
Novo lepilo zadene sladko mesto, ko gre tudi za čas v kirurškem okolju. "Ni všeč, če se ga slučajno dotaknete, da je koža obtičala in je ne morete odstraniti, " pravi Mooney. Kirurgi bi imeli približno 10 sekund, da lepilo postavijo na svoje mesto. Ko je lepilo nastavljeno, "lahko sprejme stres in napetost v tkivih, " pravi Li - obremenjuje se kot tolažilno srce, dihanje in gibanje.
S prototipom je ekipa na preizkus postavila svoje lepilo. Opravili so mehanske poskuse raztezanja, uporabili lepilo, da so prilepili poškodovane jeter podgane in celo dokazali svojo moč pri zapiranju velike napake v srcu prašiča, ki ga bije. V vsakem preskusu je njihovo lepilo, ki je bilo navzoče s polži, prekašalo vse komercialno dostopne izdelke, gibljivo se premikajo z zdravilnimi jetri in črpajo srca, vse pa brez očitne strupenosti.
Strategija ekipe za iskanje narave za reševanje problemov je vrednota, ki jo deli Phillip Messersmith, profesor bioinženiringa in znanosti o materialih na kalifornijski univerzi Berkeley, katerega raziskave uporabljajo školjke kot bioinspiracijo za lepila. "To je res zelo pomembna študija, " pravi. "Zelo dobro izveden in s pomembnimi posledicami za medicinsko uporabo." Čeprav Messersmith ni imel tehničnih zadržkov, ugotavlja, da bo za vsako prihodnjo kirurško uporabo material treba razgraditi biološko.
Na srečo je naslednja na nosilcu biološko razgradljiva različica teh lepil. Li in Mooney s potekom patenta načrtujeta tudi oceno, ali bi lahko njihov izum varno uporabljali pri ljudeh. "Pri človeških bolnikih je varnost najpomembnejša, zato bodo dolgoročne študije, ki bodo imele visoko zaupanje v varnost, " pravi Mooney. Razvijajo tudi različico lepila, ki ga je mogoče injicirati na težko dostopna mesta, ki jih je treba zalepiti. Navdih z nezahtevno polžjo pod skalami na vašem vrtu se zdi, da je nebo meja tega izuma.
"Že nekaj časa smo delali polže in resnično sem bil prepričan, da bo to vodilo v nekaj dobrega, " pravi Smith. "Vedno sem imel občutek, da je ta polž izjemen in da lahko vodi do res koristnih lepil, in wow - res so se pokazali."
