Mocny klej do gojenia ran

Mocny klej do gojenia ran

Każdy, kto próbował założyć plaster na wilgotną skórę wie, że to trudne zadanie. Nie jest to jednak jedynie wyzwanie, bo ludzkie ciało jest przecież pełne krwi, surowicy i innych płynów, które komplikują naprawę licznych obrażeń wewnętrznych. Wiele z obecnie używanych produktów klejących jest toksycznych dla komórek, nieelastycznych gdy wyschną i nie wiąże się silnie z tkanką. Zespół naukowców z Uniwersytetu Harvarda stworzył super-silny "twardy klej", który jest biokompatybilny i wiąże się z mokrymi tkankami z wytrzymałością porównywalną do tej, którą dysponuje ludzka chrząstka.

"Kluczową cechą naszego materiału jest kombinacja bardzo dużej siły przyczepności i zdolności do rozpraszania naprężeń, które w przeszłości nie były zintegrowane w pojedynczym kleju" - mówi dr Dave Mooney z Uniwersytetu. Badania zostały opisane w czasopiśmie Science.

Kiedy pierwszy autor Jianyu Li (obecnie Uniwersytet McGilla) szukał pomysłu jak ulepszyć kleje medyczne, inspirację podsunął mu... ślimak ślinik rdzawy. W razie zagrożenia wydziela on specjalny śluz, który przykleja go do powierzchni tak mocno, że drapieżnik nie jest w stanie go oderwać. Składa się on z twardej matrycy z dodatnio naładowanymi białkami. To podsunęło naukowcom pomysł stworzenia dwuwarstwowego hydrożelu składającego się z poliakrylamidowej matrycy i także naładowanych polimerów wystających z jej powierzchni.

Polimery łączą się z tkankami biologicznymi za pomocą trzech mechanizmów - elektrostatycznego przyciągania z ujemnie naładowanymi powierzchniami komórek, wiązań kowalencyjnych pomiędzy sąsiadującymi atomami oraz fizycznego przenikania się, dzięki czemu kleje są bardzo silne. Ale ta warstwa matrycowa jest równie ważna. "Większość wcześniejszych projektów koncentruje się tylko na połączeniu między tkanką a klejem. Nasz klej jest w stanie rozpraszać energię przez warstwę matrycy, co pozwala jej znacznie lepiej się odkształcać" – mówi Li. Zawiera ona jony wapnia, które są związane z hydrożelem przez wiązania jonowe. Kiedy klej ulega naprężeniu, najpierw rozpadają się wiązania jonowe, co pozwala matrycy pochłaniać dużą ilość energii, zanim jej struktura ulegnie zniszczeniu. W testach eksperymentalnych potrzeba było trzy razy więcej energii, aby zakłócić wiązanie twardego kleju w porównaniu z innymi klejami medycznymi.
Naukowcy badali swoje produkty na różnych suchych i mokrych tkankach świń, w tym na skórze, chrząstce, sercu, tętnicy i wątrobie i stwierdzili, że wszystkie zapewniają większą wytrzymałość niż inne kleje medyczne. Trwały klej także po wszczepieniu szczurom utrzymywał stabilność nawet przez dwa tygodnie, a także wtedy gdy był używany do uszczelnienia otworu w sercu świń, które było mechanicznie napompowywane i opróżniane, a następnie poddawane dziesiątkom cykli rozciągania. Dodatkowo nie powodował uszkodzenia tkanek ani przylegania do tych otaczających, gdy stosowano go do krwotoków wątroby u myszy, a były to efekty uboczne obserwowane zarówno przy użyciu super kleju, jak i komercyjnego kleju na bazie trombiny.
Taki materiał o wysokiej wydajności ma wiele potencjalnych zastosowań w dziedzinie medycyny m.in. jako plaster, który można przyciąć do pożądanych rozmiarów lub roztwór do iniekcji do głębszych urazów. Może być również używany do przyłączania urządzeń medycznych do ich docelowych struktur, takich jak rozrusznik wspomagający pracę serca. Współautor Adam Celiz dodaje: "Możemy tworzyć te kleje z materiałów ulegających degradacji biologicznej, więc rozkładają się, gdy tylko spełnią swoją funkcję".

"Natura często sama znajduje rozwiązania wspólnych problemów, trzeba tylko wiedzieć, gdzie szukać" - mówi Donald Ingber, twórca Instytutu Wyss'a, z którego pochodzą naukowcy. Dodaje: „Cieszymy się, że ta technologia, zainspirowana skromnym ślimakiem, może rozwinąć się w nową technologię chirurgicznej naprawy i gojenia się ran".

(KB)