Inžinieri MIT navrhli výkonné, biokompatibilné lepidlo, ktoré dokáže utesniť poranené tkanivo a zastaviť krvácanie, inšpirované lepkavou látkou, ktorú mreny používajú na priľnutie ku kameňom. Kredit: fotografie
Nové lepidlo, ktoré napodobňuje lepkavú látku používanú mrenami na priľnutie k skalám, môže poskytnúť lepší spôsob liečby traumy.
Inšpirovaní lepkavou substanciou, ktorú mreny používajú na priľnutie ku kameňom, inžinieri MIT navrhli výkonné biokompatibilné lepidlo, ktoré dokáže utesniť poranené tkanivo a zastaviť krvácanie.
Aj keď je povrch pokrytý krvou, táto nová pasta môže priľnúť k povrchu a môže vytvoriť tesný uzáver do 15 sekúnd po aplikácii. Vedci tvrdia, že toto lepidlo môže poskytnúť efektívnejší spôsob liečby traumy a pomôcť kontrolovať krvácanie počas operácie.
„Riešime problém adhézie v náročnom prostredí, teda vlhkom, dynamickom prostredí ľudských tkanív. Zároveň sa snažíme pretaviť tieto základné poznatky do skutočných produktov, ktoré môžu zachrániť životy,“ povedal MIT Machinery Zhao Xuanhe, profesor inžinierstva a stavebného a environmentálneho inžinierstva a jeden zo starších autorov štúdie.
Christoph Nabzdyk je srdcový anesteziológ a lekár intenzívnej starostlivosti na Mayo Clinic v Rochesteri v Minnesote a hlavný autor článku, ktorý bol publikovaný v Nature Biomedical Engineering 9. augusta 2021. Výskumný vedec MIT Hyunwoo Yuk a postdoktorand Jingjing Wu sú hlavnými autormi štúdie.
Výskumná skupina: Hyunwoo Yuk, Jingjing Wu, Xuanhe Zhao (zľava doprava), ktorí držia v rukách hemostatickú masť z lastúrnikov a ďasien. Kredit: Poskytol výskumník
Nájsť spôsob, ako zastaviť krvácanie, je dlhodobý problém, ale ešte nebol úplne vyriešený, povedal Zhao. Stehy sa zvyčajne používajú na uzavretie rán, ale stehy sú časovo náročný proces, ktorý pracovníci prvej pomoci zvyčajne nemôžu urobiť v prípade núdze. Medzi vojakmi je strata krvi hlavnou príčinou smrti po traume, zatiaľ čo v bežnej populácii je strata krvi druhou najčastejšou príčinou smrti po traume.
V posledných rokoch sú na trhu niektoré materiály, ktoré dokážu zastaviť krvácanie, nazývané aj hemostatické činidlá. Mnohé z nich pozostávajú z náplastí obsahujúcich zrážacie faktory, ktoré napomáhajú zrážaniu krvi. Tieto však trvajú niekoľko minút na vytvorenie tesnenia a nie vždy fungujú na silne krvácajúce rany.
Laboratórium Zhao sa zaviazalo vyriešiť tento problém už mnoho rokov. V roku 2019 jeho tím vyvinul obojstrannú tkanivovú pásku a ukázal, že ju možno použiť na uzavretie chirurgických rezov. Táto páska je inšpirovaná lepkavým materiálom, ktorý používajú pavúky na chytanie koristi vo vlhkých podmienkach. Obsahuje nabité polysacharidy, ktoré dokážu absorbovať vodu z povrchu takmer okamžite a odstraňujú malé suché miesta, na ktoré sa lepidlo môže prilepiť.
Pre svoje nové tkanivové lepidlo výskumníci opäť čerpali inšpiráciu z prírody. Tentoraz zamerali svoju pozornosť na barnacles, čo sú malé kôrovce pripojené k iným zvieratám, ako sú skaly, trupy lodí a dokonca aj veľryby. Tieto povrchy sú vlhké a zvyčajne veľmi znečistené – tieto podmienky sťažujú priľnavosť.
"Toto upútalo našu pozornosť," povedal Yuk. „Je to veľmi zaujímavé, pretože na utesnenie krvácajúceho tkaniva sa musíte vysporiadať nielen s vlhkosťou, ale aj so znečistením vytekajúcej krvi. Zistili sme, že tento tvor žijúci v morskom prostredí robí presne to isté, čo musíme urobiť my, aby sme sa s ním vysporiadali. Komplexné problémy s krvácaním."
Analýza žuvačky barnacle od výskumníkov ukazuje, že má jedinečné zloženie. Lepkavé proteínové molekuly, ktoré napomáhajú prichyteniu mreny k povrchu, sú suspendované v akomsi oleji, ktorý dokáže odpudzovať vodu a akékoľvek nečistoty nachádzajúce sa na povrchu, takže lepkavý proteín je pevne prichytený k povrchu.
Tím MIT sa rozhodol pokúsiť sa napodobniť toto lepidlo úpravou lepidla, ktoré predtým vyvinuli. Tento viskózny materiál pozostáva z polyméru nazývaného poly(kyselina akrylová), do ktorého je vložená organická zlúčenina nazývaná ester NHS, aby zabezpečila priľnavosť, zatiaľ čo chitosan je cukor, ktorý spevňuje materiál. Výskumníci zmrazia vločky tohto materiálu, rozdrvia ich na častice a potom tieto častice suspendujú v silikónovom oleji lekárskej kvality.
Keď sa výsledná pasta aplikuje na mokrý povrch (napríklad tkanivo pokryté krvou), olej odpudzuje krv a iné látky, ktoré môžu byť prítomné, čo spôsobí, že viskózne častice sa zosieťujú a vytvoria na rane tesný uzáver. Testy vedcov na myšiach ukázali, že do 15 až 30 sekúnd po nanesení lepidla, miernym tlakom, lepidlo stuhlo a prestalo krvácať.
Vedci uviedli, že v porovnaní s obojstrannou páskou navrhnutou výskumníkmi v roku 2019 je jednou z výhod tohto nového materiálu to, že pasta môže byť tvarovaná tak, aby vyhovovala nepravidelným ranám, a páska môže byť vhodnejšia na utesnenie chirurgického zákroku Urobte rez alebo pripevnite k tkanivu zdravotnícku pomôcku. "Formovateľná pasta môže prúdiť a prispôsobiť sa akémukoľvek nepravidelnému tvaru a tesneniu," povedal Wu. "To umožňuje používateľom voľne sa prispôsobiť rôznym nepravidelne tvarovaným krvácajúcim ranám."
V testoch vykonaných na ošípaných Nabzdyk a jeho kolegovia z Mayo Clinic zistili, že toto lepidlo môže rýchlo zastaviť krvácanie a že funguje rýchlejšie a efektívnejšie ako komerčne dostupné hemostatické činidlo, ktoré porovnávali. Môže dokonca fungovať, keď sa ošípaným podáva silné riedidlo krvi (heparín), aby sa v krvi spontánne netvorili zrazeniny.
Ich výskum ukazuje, že tesnenie zostáva neporušené niekoľko týždňov, čo umožňuje tkanivu, aby sa samo zahojilo, a lepidlo spôsobuje malý zápal, podobný zápalu, ktorý spôsobujú v súčasnosti používané hemostatické činidlá. Lepidlo sa v tele v priebehu niekoľkých mesiacov pomaly vstrebe. Ak chirurg potrebuje po prvotnej aplikácii ranu opraviť, môže sa odstrániť aj vopred použitím roztoku, ktorý ju rozpustí.
Vedci teraz plánujú otestovať lepidlo na väčších ranách a dúfajú, že to dokáže, že lepidlo možno použiť na liečbu traumy. Tiež si predstavovali, že by to mohlo byť užitočné počas operácie, ktorá zvyčajne vyžaduje, aby chirurg strávil veľa času kontrolou krvácania.
"Technicky sme schopní vykonávať mnoho zložitých operácií, ale naša schopnosť rýchlo kontrolovať obzvlášť závažné krvácanie sa v skutočnosti nezlepšila," povedal Nabzdyk.
Ďalšou možnou aplikáciou je pomôcť zastaviť krvácanie. Títo pacienti majú do krvných ciev vložené plastové hadičky, ktoré sa používajú napríklad na arteriálne alebo centrálne venózne katétre alebo na extrakorporálnu membránovú oxygenáciu (ECMO). Počas ECMO sa používa stroj na pumpovanie krvi pacienta z tela, aby sa okysličila. Používa sa na liečbu ľudí so závažným zlyhaním srdca alebo pľúc. Rúrka sa zvyčajne zavádza na niekoľko týždňov alebo mesiacov a krvácanie v mieste zavedenia môže spôsobiť infekciu.
Odkaz: “Pasta inšpirovaná gumou Barnacle pre rýchle a na koagulácii nezávislé hemostatické tesnenie” Autori: Hyunwoo Yuk, Jingjing Wu, Tiffany L. Sarrafian, Xinyu Mao, Claudia E. Varela, Ellen T. Roche, Leigh G. Griffiths, Christoph S . Nabzdyk a Xuanhe Zhao, 9. augusta 2021, Nature Biomedical Engineering.DOI: 10.1038/s41551-021-00769-y
Výskumníci získali finančné prostriedky od MIT Deshpande Center, aby im pomohli komercializovať lepidlo, čo dúfajú, že dosiahnu po ďalších predklinických štúdiách na zvieracích modeloch. Výskum tiež získal financovanie od National Institutes of Health, National Science Foundation a Office of Army Research prostredníctvom Soldier Nanotechnology Institute na Massachusetts Institute of Technology a Zoll Foundation.
Prosím, uveďte to čo najskôr na trh. Moja žena mi zalepila ranu lepidlom. Bodnúť ako čert. No, možno som dieťa, ako povedala zakaždým, keď sa prihlásila.
SciTechDaily: Najlepší domov vedeckých a technologických správ od roku 1998. Buďte informovaní o najnovších technologických novinkách prostredníctvom e-mailu alebo sociálnych médií.
Štúdia 6,2 milióna pacientov výskumníkmi Kaiser Permanente a CDC bude pokračovať 2 roky. Výskumníci z federálnych a Caesars Medical Institutions sa prehrabávajú v zdravotných záznamoch...
Čas odoslania: september 09-2021