Inženýři MIT navrhli výkonné, biokompatibilní lepidlo, které dokáže utěsnit poraněnou tkáň a zastavit krvácení, inspirované lepkavou látkou, kterou vilejci používají k nalepení na kameny. Kredit: fotografie
Nové lepidlo, které napodobuje lepkavou látku, kterou vilejci používají k nalepení na kameny, může poskytnout lepší způsob léčby traumatu.
Inženýři z MIT, inspirováni lepkavou látkou, kterou vilejci používají k nalepení na kameny, navrhli výkonné biokompatibilní lepidlo, které dokáže utěsnit poraněnou tkáň a zastavit krvácení.
I když je povrch pokryt krví, tato nová pasta může přilnout k povrchu a může vytvořit těsné spojení během asi 15 sekund po aplikaci. Vědci tvrdí, že toto lepidlo může poskytnout účinnější způsob léčby traumatu a pomoci kontrolovat krvácení během operace.
„Řešíme problém adheze v náročném prostředí, tedy vlhkém, dynamickém prostředí lidských tkání. Zároveň se snažíme tyto základní znalosti přetavit do skutečných produktů, které mohou zachránit životy,“ řekl MIT Machinery Zhao Xuanhe, profesor inženýrství a stavebního a environmentálního inženýrství a jeden z hlavních autorů studie.
Christoph Nabzdyk je srdeční anesteziolog a lékař intenzivní péče na Mayo Clinic v Rochesteru v Minnesotě a hlavní autor článku, který byl publikován v Nature Biomedical Engineering dne 9. srpna 2021. Výzkumný pracovník MIT Hyunwoo Yuk a postdoktorand Jingjing Wu jsou hlavními autory studie.
Výzkumná skupina: Hyunwoo Yuk, Jingjing Wu, Xuanhe Zhao (zleva doprava), držící v rukou hemostatickou mast vilínu a žvýkačku. Kredit: Poskytl výzkumník
Najít způsob, jak zastavit krvácení, je dlouhodobý problém, ale ještě nebyl zcela vyřešen, řekl Zhao. Stehy se obvykle používají k uzavření ran, ale stehy jsou časově náročný proces, který první zasahující obvykle nemohou v případě nouze udělat. Mezi vojáky je ztráta krve hlavní příčinou smrti po traumatu, zatímco v běžné populaci je ztráta krve druhou hlavní příčinou smrti po traumatu.
V posledních letech byly na trhu některé materiály, které dokážou zastavit krvácení, nazývané také hemostatika. Mnohé z nich se skládají z náplastí obsahujících srážecí faktory, které samy o sobě napomáhají srážení krve. Utěsnění však trvá několik minut a ne vždy působí na silně krvácející rány.
Laboratoř Zhao se zavázala tento problém vyřešit již mnoho let. V roce 2019 jeho tým vyvinul oboustrannou tkáňovou pásku a ukázal, že ji lze použít k uzavření chirurgických řezů. Tato páska je inspirována lepivým materiálem, který pavouci používají k chytání kořisti ve vlhkých podmínkách. Obsahuje nabité polysacharidy, které dokážou téměř okamžitě absorbovat vodu z povrchu a odstraňují tak malá suchá místa, na která se lepidlo může přilepit.
Pro své nové tkáňové lepidlo výzkumníci opět čerpali inspiraci z přírody. Tentokrát zaměřili svou pozornost na barnacles, což jsou malí korýši vázaní na jiná zvířata, jako jsou kameny, trupy lodí a dokonce i velryby. Tyto povrchy jsou vlhké a obvykle velmi znečištěné – tyto podmínky ztěžují přilnavost.
"Tohle upoutalo naši pozornost," řekl Yuk. „To je velmi zajímavé, protože k utěsnění krvácející tkáně se musíte vypořádat nejen s vlhkostí, ale také se znečištěním vytékající krve. Zjistili jsme, že tento tvor žijící v mořském prostředí dělá přesně to samé, co musíme udělat my, abychom se s ním vypořádali. Komplexní problémy s krvácením."
Analýza vědců o žvýkačce barnacle ukazuje, že má jedinečné složení. Lepkavé proteinové molekuly, které pomáhají vlkodlakovi přichytit se k povrchu, jsou suspendovány v jakémsi oleji, který dokáže odpuzovat vodu a jakékoli nečistoty nacházející se na povrchu, takže lepkavý protein je pevně přichycen k povrchu.
Tým MIT se rozhodl pokusit se toto lepidlo napodobit úpravou lepidla, které předtím vyvinuli. Tento viskózní materiál se skládá z polymeru zvaného poly(kyselina akrylová), do kterého je zabudována organická sloučenina zvaná ester NHS, aby zajistila přilnavost, zatímco chitosan je cukr, který materiál zpevňuje. Vědci zmrazí vločky tohoto materiálu, rozdrtí je na částice a poté tyto částice suspendují v lékařském silikonovém oleji.
Když se výsledná pasta nanese na mokrý povrch (jako je tkáň pokrytá krví), olej bude odpuzovat krev a další látky, které mohou být přítomny, což způsobí zesíťování viskózních částic a vytvoření těsného těsnění na ráně. Testy vědců na myších ukázaly, že do 15 až 30 sekund po nanesení lepidla, mírným tlakem, lepidlo ztuhlo a přestalo krvácet.
Vědci uvedli, že ve srovnání s oboustrannou páskou navrženou výzkumníky v roce 2019 je jednou z výhod tohoto nového materiálu to, že pastu lze tvarovat tak, aby seděla na nepravidelné rány, a páska může být vhodnější pro chirurgické utěsnění Proveďte řez nebo připevněte ke tkáni lékařský prostředek. "Formovatelná pasta může zatéct a přizpůsobit se jakémukoli nepravidelnému tvaru a těsnění," řekl Wu. "To umožňuje uživatelům volně se přizpůsobit různým nepravidelně tvarovaným krvácejícím ranám."
V testech prováděných na prasatech Nabzdyk a jeho kolegové z Mayo Clinic zjistili, že toto lepidlo může rychle zastavit krvácení a že funguje rychleji a efektivněji než komerčně dostupné hemostatické činidlo, které porovnávali. Může dokonce fungovat, když se prasatům podává silné ředidlo krve (heparin), aby se krev samovolně nesrážela.
Jejich výzkum ukazuje, že těsnění zůstává neporušené několik týdnů, což umožňuje tkáni, aby se sama zahojila, a lepidlo způsobuje malý zánět, podobný zánětu způsobenému v současnosti používanými hemostatickými látkami. Lepidlo se v těle pomalu vstřebá během několika měsíců. Pokud chirurg potřebuje po prvotní aplikaci ránu opravit, lze ji také předem odstranit pomocí roztoku, který ji rozpustí.
Vědci nyní plánují otestovat lepidlo na větších ranách a doufají, že to prokáže, že lepidlo lze použít k léčbě traumatu. Také si představovali, že by to mohlo být užitečné během operace, která obvykle vyžaduje, aby chirurg strávil spoustu času kontrolou krvácení.
"Jsme technicky schopni provádět mnoho složitých operací, ale naše schopnost rychle kontrolovat zvláště závažné krvácení se ve skutečnosti nezlepšila," řekl Nabzdyk.
Další možnou aplikací je pomoc při zastavení krvácení. Těmto pacientům jsou do krevních cév zavedeny plastové hadičky, které se používají například pro arteriální nebo centrální žilní katetry nebo mimotělní membránovou oxygenaci (ECMO). Během ECMO se používá stroj, který pumpuje pacientovu krev z těla, aby ji okysličil. Používá se k léčbě lidí se závažným srdečním nebo plicním selháním. Trubice se obvykle zavádí na několik týdnů nebo měsíců a krvácení v místě zavedení může způsobit infekci.
Reference: “Pasta inspirovaná žvýkačkou pro rychlé a na koagulaci nezávislé hemostatické těsnění” Autoři: 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. srpna 2021, Nature Biomedical Engineering.DOI: 10.1038/s41551-021-00769-y
Výzkumníci získali finanční prostředky od MIT Deshpande Center, aby jim pomohli komercializovat lepidlo, což doufají, že dosáhnou po dalších preklinických studiích na zvířecích modelech. Výzkum také získal finanční prostředky od National Institutes of Health, National Science Foundation a Office of Army Research prostřednictvím Soldier Nanotechnology Institute v Massachusetts Institute of Technology a Zoll Foundation.
Prosím, komercializujte jej co nejdříve. Moje žena mi zalepila ránu lepidlem. Bodej jako čert. No, možná jsem dítě, jak říkala pokaždé, když se hlásila.
SciTechDaily: Nejlepší domov vědeckých a technologických novinek od roku 1998. Buďte informováni o nejnovějších technologických novinkách prostřednictvím e-mailu nebo sociálních médií.
Studie 6,2 milionu pacientů výzkumníky Kaiser Permanente a CDC bude pokračovat po dobu 2 let. Výzkumníci z federálních lékařských ústavů a lékařských ústavů Caesars prohledávají zdravotní záznamy…
Čas odeslání: září 09-2021