Čak i uz napredak moderne medicine, liječnici i dalje pečate rane tehnikama koje su naizgled prikladnije zanatskim krugovima od operacijske dvorane: spajalicama, priborom za šivanje i ljepilom. Zahvaljujući novom izumu, nauka o medicinskim ljepilima može dobiti moderni izgled. Istraživači su doslovno pretvarali kamenje kako bi smislili novo super jako ljepilo iz malo vjerovatnog izvora - puževa.
Povezani sadržaj
- Super Superglue može pomoći u stvaranju žele poput robota
- Ljepilo od školjke dagnje može spriječiti nastajanje ožiljaka
Sadašnji zlatni standard u medicinskim ljepilima nije ništa drugo do super ljepilo. Aktivni sastojak u super ljepilu, cijanoakrilat, najteža je supstanca vani, ali biti snažan otprilike sve što mu treba. Superglue se neće lijepiti za mokre površine, što obično predstavlja problem s krvarenim ranama. Nakon što se nanese na suhu površinu, stvrdne se odmah u čvrstu i nepokolebljivu plastiku koja se pukne umjesto da se kreće tijelom tijekom zacjeljivanja. Nadalje, može biti toksično za žive stanice.
"Ponekad je iznenađujuće, zar ne?", Kaže David Mooney o rustikalnim metodama šava dostupnim liječnicima. Mooney je profesor bioinžinjeringa na sveučilištu Harvard čija istraživanja gledaju na prirodni svijet kako bi dizajnirali nove materijale za medicinsku primjenu. "Tijekom evolucijskog procesa organizmi se moraju suočiti s brojnim različitim situacijama", kaže on. To bi moglo potrajati milijun godina, ali za to vrijeme organizam može pronaći najelegantniji i najučinkovitiji način da obnovi školjku ili zalijepi ranu. Ljudi posežu za pištoljem.
Mooney i njegov tim pokušavaju uvesti malo finoće životinjskog kraljevstva u čovjekova rješenja za probleme. Zovu ga "bioinspiracija". Jianyu Li, postdoktorski suradnik u Mooneyevom laboratoriju, započeo je potragu za uzornim kandidatom koji je bio temelj snage i fleksibilnosti potrebnih za zaptivanje rana i spašavanje života u kirurškom okruženju. Nakon preuzimanja literature, "[našli smo] ovo vrlo fantastično stvorenje", kaže Li. "Slug."
Arion subfuscus je uobičajeni narančasti krilat koji živi u sjevernim umjerenim regijama širom svijeta. Njegova zaštitna sluz nadahnula je novo medicinsko ljepilo. (Wikimedia Commons) Arion subfuscus , dotični gnoj , može se činiti malo vjerojatnim kandidatom. Ovi nezahtjevni, zahrđali narančasti mekušci vode jednostavan život u vrtovima i ispod trupca u sjevernim umjerenim regijama svijeta, vodeći računa o vlastitom poslu. Odnosno, dok se nešto ne zavara s njima. Ako gladni grabežljivac pokuša uhvatiti grickalicu, slug detonira tastu odbrambenu sluz.
„Kad sam otkrio ove grickalice i uzeo jednog od njih, znao sam da je ovaj materijal zaista nevjerojatan“, kaže Andrew Smith, profesor biologije na Ithaca Collegeu i stručnjak za biokemijska svojstva sluzi mekušaca koji nije bio uključen u studiju, "Doslovno curi s leđa gnoja i u sekundi se pretvara u zaista tvrd, elastičan gel", kaže on.
"Ono što čini uzbudljivo je to što je materijal vrlo tvrd", kaže Smith. Može se istegnuti više od 10 puta više od vlastite duljine, poput gumene trake koja se neće puknuti. Može otvrdnuti, ali ostaje fleksibilan. Za razliku od super ljepila, djelovat će na mokrim površinama. I super je, super ljepljiv. U stvari, Smith se još uvijek bori s uklanjanjem oružja od svoje laboratorijske opreme.
Prenažen snagom sluzi, namjeravao je shvatiti kako to djeluje.
"Tipičan gel poput Jell-o je krut, ali krhki - ako pritisnete žlicu na njega se odvoji", kaže Smith. Slugovi su pronašli način da budu jaki tamo gdje su želatinozni deserti slabi. Otkrio je da je sluz 97 posto vode, ali protkana s dva različita polimera. Prvi je organiziran poput mrežaste mreže; pruža snažnu kralježnicu. Upleteni kroz mrežu su opsežni polimerni lanci koji drže mrežu spletenu zajedno kada se protežu na velikim udaljenostima. Ova takozvana dvostruka matrica ključ je snage i fleksibilnosti sluzokože sluzi.
Tada grickalice čine cijelu stvar ljepljivom tako što ih obloži pozitivno nabijenim proteinima koji djeluju poput atomskog čičak, vežući ga za negativne naboje na površinama tkiva. Neto rezultat? Usta puna nepropusnog ljepila kad grabežljivac dođe na užinu. Ili, savršena inspiracija za roman, ultra jak medicinski ljepilo.
Ovo čvrsto ljepilo naneseno je na svinjsko srce i istegnulo se kako bi pokazalo snažnu adheziju i trajnost. (Zasluge: Jianyu Li i dr., Science 2017)Na temelju Smithovog rada koji karakterizira sluz sline, Li je namjeravao ponoviti svoja svojstva u sintetičkom ljepilu. Mooney i Li ističu da niti jedan vrtni kreter neće nikada biti naštećen izumu. "U našem materijalu nema nijednog elementa sluzi", kaže Mooney. "Koristili smo ga kao inspiraciju."
Nakon nekoliko godina pokušaja i pogrešaka, Li je proizveo prototip koji je savršeno oponašao trajno svojstva dvostruke matrice, koje su opisali danas u časopisu Science . Gornji sloj je hidrogel koji se može rezati prema potrebnoj veličini. Drugi sloj se nanosi kao tekućina na hidrogel i aktivira kemijsko vezivanje. "To je viski traka koja je pričvršćena na nešto vrlo elastično i može se lako kretati tkivima", kaže Mooney.
Novo ljepilo pogađa slatko mjesto i kada je u pitanju vrijeme u kirurškom okruženju. "Nije to slučajno ako ga slučajno dodirnete da vam je zaglavljena koža i ne možete je skinuti", kaže Mooney. Kirurzima bi trebalo oko 10 sekundi da postave ljepilo na svoje mjesto. Jednom postavljeno, ljepilo "može udovoljiti stresu i naprezanju tkiva", kaže Li - naprezanje poput otkucaja srca, disanja i pokreta.
S prototipom, tim je stavio svoje ljepilo na test. Izvodili su mehaničke eksperimente istezanja, koristili ljepilo zakrpljenje ozlijeđenih jetre štakora i čak pokazali njegovu snagu u zaptivanju velikog nedostatka u srcu svinje koja se tukla. U svakom pokusu njihovo ljepilo nadahnuto od sluzi nadmašilo je sve komercijalno dostupne proizvode, krećući se fleksibilno ljekovitim jetri i pumpajući srca, a sve bez vidljive toksičnosti.
Strategija tima za gledanje prirode za rješavanje problema je vrijednost koju dijeli Phillip Messersmith, profesor bioinžinjeringa i znanosti o materijalima na Kalifornijskom sveučilištu Berkeley u čijem se istraživanju školjke koriste kao bioinspiracija za ljepila. "To je zaista vrlo važna studija", kaže on. "Vrlo dobro izveden i ima važne posljedice za medicinske primjene." Iako Messersmith nije imao tehničke rezerve, napominje da će bilo koje buduće kirurške primjene zahtijevati da se materijal biorazgradi.
Srećom, bio je razgradljiva inačica ovih ljepila sljedeća na ovojnici. Uz patentni postupak, Li i Mooney također planiraju procijeniti mogu li se njihov izum sigurno koristiti ljudima. "Kod ljudskih pacijenata sigurnost je najvažnija, pa će postojati dugoročne studije za visok stupanj povjerenja u sigurnost", kaže Mooney. Oni također razvijaju verziju ljepila koja se može ubrizgati na teško dostupna mjesta koja trebaju zalijepiti. Inspiriran bezosjećajnom pužom ispod stijena u vašem vrtu, čini se da je nebo granica ovog izuma.
"Već neko vrijeme radimo na slugama i stvarno sam uvjeren da će to dovesti do nečeg dobrog", kaže Smith. "Uvijek sam smatrao da je ovaj puž izvanredan i da može dovesti do zaista korisnih ljepila. I wow - oni su se stvarno pokazali."
