Інженери Массачусетського технологічного інституту розробили потужний біосумісний клей, який може герметизувати пошкоджені тканини та зупиняти кровотечу, натхненний липкою речовиною, яку раковини використовують для прилипання до каменів. Кредит: стокові фотографії
Новий клей, який імітує липку речовину, яку використовують ракуші для приклеювання до каменів, може стати кращим способом лікування травми.
Натхнені липкою речовиною, яку ракуни використовують для прилипання до каменів, інженери Массачусетського технологічного інституту розробили потужний біосумісний клей, який може герметизувати пошкоджені тканини і зупиняти кровотечу.
Навіть якщо поверхня покрита кров’ю, ця нова паста може прилипнути до поверхні й утворити щільне ущільнення протягом приблизно 15 секунд після нанесення. Дослідники кажуть, що цей клей може забезпечити більш ефективний спосіб лікування травми та допомогти контролювати кровотечу під час операції.
«Ми вирішуємо проблему адгезії у складному середовищі, тобто у вологому, динамічному середовищі людських тканин. У той же час ми намагаємося перетворити ці базові знання в реальні продукти, які можуть врятувати життя», — сказав Чжао Сюаньхе, професор інженерії, цивільної та екологічної інженерії та один із провідних авторів дослідження.
Крістоф Набздик є кардіологом-анестезіологом та лікарем інтенсивної терапії в клініці Мейо в Рочестері, штат Міннесота, а також старшим автором статті, яка була опублікована в Nature Biomedical Engineering 9 серпня 2021 року. Науковий співробітник Массачусетського технологічного інституту Хену Юк і докторант Цзіньцзін Ву є основними авторами дослідження.
Дослідницька група: Хёну Юк, Цзинцзін Ву, Сюаньхе Чжао (зліва направо), тримають в руках раковину раковини та кровоспинну мазь. Авторство: Надано дослідником
За словами Чжао, пошук способу зупинки кровотечі є давньою проблемою, але вона ще не повністю вирішена. Шви зазвичай використовуються для закриття ран, але накладення швів – це тривалий процес, який працівники першої допомоги зазвичай не можуть зробити в екстрених випадках. Серед військовослужбовців втрата крові є основною причиною смерті після травми, тоді як у загальній популяції крововтрата є другою причиною смерті після травми.
В останні роки на ринку з’явилися деякі матеріали, які можуть зупинити кровотечу, які також називають кровоспинними засобами. Багато з них складаються з пластирів, що містять фактори згортання, які допомагають згортатися крові самостійно. Однак вони займають кілька хвилин, щоб утворити ущільнення, і не завжди діють на рани, що сильно кровоточать.
Лабораторія Чжао багато років намагається вирішити цю проблему. У 2019 році його команда розробила двосторонній скотч і показала, що його можна використовувати для закриття хірургічних розрізів. Ця стрічка створена на основі липкого матеріалу, який павуки використовують для лову здобичі у вологих умовах. Він містить заряджені полісахариди, які можуть майже відразу вбирати воду з поверхні, видаляючи невеликі сухі плями, до яких може прилипнути клей.
Для створення нового клею для тканин дослідники знову черпали натхнення з природи. Цього разу вони зосередили свою увагу на ракоподібних — дрібних ракоподібних, прикріплених до інших тварин, таких як скелі, корпуси човнів і навіть кити. Ці поверхні вологі і зазвичай дуже брудні – ці умови ускладнюють адгезію.
«Це привернуло нашу увагу», — сказав Юк. «Це дуже цікаво, адже щоб закрити кровоточиву тканину, доводиться боротися не тільки з вологою, але й із забрудненням крові, що витікає. Ми виявили, що ця істота, яка живе в морському середовищі, робить те ж саме, що і нам, щоб з ним боротися. Складні проблеми з кровотечею».
Аналіз дослідників камеді ракушечної раковини показує, що вона має унікальний склад. Клейкі білкові молекули, які допомагають ракушку прикріплюватися до поверхні, суспендовані в своєрідному маслі, яке може відштовхувати воду та будь-які забруднення, що знаходяться на поверхні, так що липкий білок міцно прикріплюється до поверхні.
Команда MIT вирішила спробувати імітувати цей клей, відкоригувавши клей, який вони раніше розробили. Цей в’язкий матеріал складається з полімеру під назвою полі(акрилова кислота), в який вбудована органічна сполука, яка називається ефіром NHS, для забезпечення адгезії, тоді як хітозан є цукром, який зміцнює матеріал. Дослідники заморожують пластівці цього матеріалу, подрібнюють їх на частинки, а потім суспендують ці частинки в медичній силіконовій олії.
Коли отриману пасту нанести на вологу поверхню (наприклад, тканину, вкриту кров’ю), олія буде відштовхувати кров та інші речовини, які можуть бути присутніми, спричиняючи зшивання в’язких частинок і утворюючи щільне ущільнення на рані. Тести дослідників на мишах показали, що протягом 15-30 секунд після нанесення клею, м’яко застосовуючи тиск, клей затвердів і зупинив кровотечу.
Дослідники сказали, що порівняно з двостороннім скотчем, розробленим дослідниками в 2019 році, однією з переваг цього нового матеріалу є те, що пасту можна формувати, щоб прилягати до неправильних ран, і стрічка може бути більш придатною для герметизації хірургічних операцій. Зробіть розріз або прикріпити медичний пристрій до тканини. «Паста, що піддається формуванню, може вливатися в будь-яку неправильну форму та ущільнення», – сказав Ву. «Це дозволяє користувачам вільно адаптуватися до різних кровоточивих ран неправильної форми».
У тестах, проведених на свинях, Набздик і його колеги з клініки Майо виявили, що цей клей може швидко зупинити кровотечу, і що він діє швидше та ефективніше, ніж комерційно доступний кровоспинний засіб, який вони порівнювали. Він може навіть спрацювати, якщо давати свиням потужний розріджувач крові (гепарин), щоб кров не утворювала спонтанно згустки.
Їхнє дослідження показало, що ущільнення залишається неушкодженим протягом кількох тижнів, що дає час тканинам загоїтися самостійно, а клей викликає незначне запалення, подібне до запалення, викликаного кровоспинними засобами, які зараз використовуються. Клей буде повільно всмоктуватися в організмі протягом кількох місяців. Якщо хірургу необхідно відновити рану після первинного застосування, її також можна видалити заздалегідь, використовуючи розчин, який її розчиняє.
Тепер дослідники планують випробувати клей на більших ранах, і вони сподіваються, що це доведе, що клей можна використовувати для лікування травм. Вони також припускали, що це може бути корисним під час операції, яка зазвичай вимагає від хірурга витрачати багато часу на контроль кровотечі.
«Технічно ми здатні виконувати багато складних операцій, але наша здатність швидко контролювати особливо сильну кровотечу насправді не покращилася», – сказав Набздик.
Інше можливе застосування - допомогти зупинити кровотечу. Ці пацієнти мають пластикові трубки, вставлені в кровоносні судини, наприклад ті, що використовуються для артеріальних або центральних венозних катетерів або екстракорпоральної мембранної оксигенації (ЕКМО). Під час ЕКМО використовується апарат для викачування крові пацієнта з організму, щоб наситити її киснем. Використовується для лікування людей з тяжкою серцевою або легеневою недостатністю. Трубка зазвичай вводиться на кілька тижнів або місяців, і кровотеча в місці введення може спричинити інфекцію.
Довідка: «Паста, натхненна жуйкою для швидкої та незалежної від коагуляції гемостатичної герметизації» Автори: Hyunwoo Yuk, Jingjing Wu, Tiffany L. Sarrafian, Xinyu Mao, Claudia E. Varela, Ellen T. Roche, Leigh G. Griffiths, Christoph S Набздик і Сюаньхе Чжао, 9 серпня 2021 року, Nature Biomedical Engineering.DOI: 10.1038/s41551-021-00769-y
Дослідники отримали фінансування від Центру Дешпанде Массачусетського технологічного інституту, щоб допомогти їм комерціалізувати клей, чого вони сподіваються досягти після додаткових доклінічних досліджень на тваринних моделях. Дослідження також отримало фінансування від Національного інституту охорони здоров’я, Національного наукового фонду та Управління армійських досліджень через Інститут нанотехнологій солдат Массачусетського технологічного інституту та Фонду Золла.
Будь ласка, комерціалізуйте це якомога швидше. Дружина заклеїла мені рану клеєм. Жало як пекло. Ну, можливо, я немовля, як вона казала щоразу, коли зверталася.
SciTechDaily: найкращий дім новин науки і техніки з 1998 року. Будьте в курсі останніх новин технологій електронною поштою або в соціальних мережах.
Дослідження 6,2 мільйонів пацієнтів дослідниками Kaiser Permanente і CDC триватимуть протягом 2 років. Дослідники з Федеральних медичних установ і медичних установ «Цезарс» перевіряють медичні записи…
Час розміщення: 09.09.2021