Чак и са напретком савремене медицине, лекари и даље печате ране техникама наизглед погоднијим за занатске кругове од оперативне дворане: спајалицама, прибором за шивање и лепилом. Захваљујући новом проналаску, наука о медицинским лепковима може добити модерни изглед. Истраживачи су буквално превртали камење да би смислили нови супер-јак лепак из мало вероватног извора - пужева.
Сличан садржај
- Више Суперглуе може вам помоћи да направите роботе сличне желе
- Лепак израђен од шкољке муља могао би спречити настанак ожиљака
Тренутни златни стандард у медицинским лепилима није ништа друго него супер лепкови. Активно једињење у супер лепку, цијаноакрилат, најтежа је супстанца вани, али ако је јак, готово је све што му треба. Суперглуе се неће залепити на влажним површинама, што обично представља проблем са крвареним ранама. Једном када се нанесе на суву површину, очвршћава се одмах у чврсту и непоколебљиву пластику која се ломи уместо да се креће телом током зацељења. Поврх тога, то може бити токсично за живе ћелије.
„Понекад је изненађујуће, зар не?“ Каже Давид Моонеи о рустикалним методама шава доступним лекарима. Моонеи је професор биоинжињеринга на Универзитету Харвард чија истраживања гледају на природни свет како би дизајнирали нове материјале за медицинску примену. "Током еволуционог процеса организми се морају суочити са бројним различитим ситуацијама", каже он. Можда ће проћи милион година, али за то време организам може пронаћи најелегантнији и најефикаснији начин да обнови шкољку или да залијепи рану. Људи посежу за пиштољем.
Моонеи и његов тим покушавају увести мало финоће животињског царства у људска решења за проблеме. Они то зову "биоинспирација". Јианиу Ли, постдокторски колега у Моонеи-овој лабораторији, започео је потрагу за узорним кандидатом који је био темељ снаге и флексибилности потребних за заптивање рана и спашавање живота у хируршком окружењу. Након преношења литературе, „нашли смо ово веома фантастично створење“, каже Ли. "Слуг."
Арион субфускус је уобичајени наранџасти пуж који живи у умерено северним регионима широм света. Његова заштитна слуз инспирисала је нови медицински лепак. (Викимедиа Цоммонс) Арион субфусцус , дотични гној , може се чинити мало вјероватним кандидатом. Ови непристојни, захрђали наранџасти мекушци воде једноставан живот у вртовима и испод трупца у умерено северним регионима широм света, водећи рачуна о сопственом послу. То јест, све док се нешто не помеша са њима. Ако гладни грабежљивац покуша да се уједе, пужа детонира тасту одбрамбену слуз.
„Када сам открио ове криве и узео једног од њих, знао сам да је овај материјал заиста невероватан“, каже Андрев Смитх, професор биологије на Итхаца Цоллегеу и стручњак за биохемијска својства слузи мекушаца који није био укључен у студију. . "Буквално цури са леђа шљаке и поставља се у секунди у заиста тврд, еластичан гел, " каже он.
"Оно што чини узбудљивим је то што је материјал врло тврд", каже Смитх. Може се развући више од 10 пута више од сопствене дужине, попут гумене траке која се не пукне. Може да се отврдне, али остаје флексибилан. За разлику од супер лепка, он ће радити на влажним површинама. И супер је, супер лепљиво. У ствари, Смитх се још увек бори да уништи своју лабораторијску опрему.
Трансфиксан снагом слузи, кренуо је да схвати како то функционише.
"Типичан гел попут Јелл-о је чврст, али крхак - ако притиснете кашичицу на њега, раздваја се", каже Смитх. Шлаупе је пронашао начин да буде јак тамо где су желатинозни десерти слаби. Открио је да је слуз 97 процената воде, али проткана два различита полимера. Први је организован попут мрежасте мреже; пружа јаку кичму. Уплетени кроз мрежу су опсежни полимерни ланци који држе мрежу сплетену када се протежу на дугим удаљеностима. Ова такозвана двострука матрица је кључ за снагу и флексибилност слузокоже.
Потом пужеви целу ствар чине лепљивом тако што их обложи позитивно наелектрисаним протеинима који делују попут атомског чичак, везујући их за негативне набоје на површинама ткива. Нето резултат? Уста пуна непропустљивог лепка када грабежљивац дође на ужину. Или, савршена инспирација за нов, ултра-јак медицински лепак.
Овај чврсти лепак нанесен је на свињско срце и развучен је да би показао снажну лепљеност и издржљивост. (Кредит: Јианиу Ли и др., Наука 2017)На основу Смитховог дела који карактерише слуз пужу, Ли је кренуо да реплицира своја својства у синтетичком лепку. Моонеи и Ли истичу да ниједан штеточин од врта никада неће бити оштећен да направи свој изум. "У нашем материјалу нема ниједног елемента слузи", каже Моонеи. „Користили смо га као инспирацију.“
Након неколико година покушаја и грешака, Ли је произвео прототип који је савршено опонашао трајно својство двоструке матрице, које су описали данас у часопису Сциенце . Горњи слој је хидрогел који се може исећи до потребне величине. Други слој се наноси као течан на хидрогел и активира хемијско везивање. "То је виски трака која је причвршћена на нешто врло еластично и може се лако кретати ткивима", каже Моонеи.
Ново љепило погађа слатко мјесто и када је у питању тајминг у хируршком окружењу. „Није то случајно ако га случајно додирнете да вам је заглављена кожа и не можете је скинути“, каже Моонеи. Хирурзима би требало око 10 секунди да поставе лепак на место. Једном када је постављен, лепак „може да прими стрес и напрезања која проживају ткива“, каже Ли - напрезање попут откуцаја срца, дисања и покрета.
С прототипом, тим је ставио свој лепак на тест. Обавили су механичке експерименте истезања, користили лепило да закрпе повредјене јетре пацова и чак показали своју снагу у заптивању великог недостатка у срцу свиње која се тукла. У сваком покусу њихово лепило инспирисано пужем надмашило је све комерцијално доступне производе, крећући се флексибилно са зацјељујућом јетром и напумпавајући срца, а све без видљиве токсичности.
Стратегија тима за гледање природе за решавање проблема је вредност коју дели Пхиллип Мессерсмитх, професор биоинжињеринга и науке о материјалима на Калифорнијском Беркелеиу чије истраживање користи дагње као биоинспирацију за лепак. "То је заиста веома важна студија", каже он. „Веома добро изведен и са значајним последицама за медицинске примене.“ Иако Мессерсмитх није имао техничке резерве, примећује да ће било које будуће хируршке примене захтевати да се материјал биоразгради.
Срећом, био је биоразградива верзија ових лепила следећа на овојници. Са патентним захтевима, Ли и Моонеи такође планирају да процене да ли би се њихов проналазак могао сигурно користити код људи. "Код људских пацијената безбедност је најважнија, па ће бити дугорочне студије за висок ниво поверења у сигурност", каже Моонеи. Такође развијају верзију лепила која се може убризгати на тешко доступна места која требају залепити. Инспирирани безобзирном пужом испод стијена у вашој башти, чини се да је небо граница овог проналаска.
"Већ неко време радимо на папучама и био сам заиста уверен да ће то довести до нечег доброг", каже Смитх. "Одувек сам осећао да је овај пуж изванредан и да има потенцијал да доведе до заиста корисних лепкова, и вов - заиста су се показали."
