Любой, кто пытался использовать клей, когда его кожа влажная, знает, что это может расстраивать. Влажная кожа - не единственная проблема для медицинских клеев: человеческий организм полон крови, сыворотки и других жидкостей, которые затрудняют восстановление многочисленных внутренних повреждений. Многие из используемых сегодня адгезивных продуктов токсичны для клеток, негибки при высыхании и не сильно связываются с биологическими тканями. Команда исследователей из Института биологического вдохновения Wyss и Гарвардской школы инженерии и прикладных наук Джона А. Полсона (SEAS) создала сверхпрочный «жесткий клей», который является биосовместимым и связывается с тканями с сопротивлением. сравнимо с собственным упругим хрящом тела, даже когда он влажный. «Ключевой особенностью нашего материала является сочетание очень сильной силы адгезии и способности переносить и рассеивать напряжение, которые исторически не были интегрированы в один адгезив», - говорит соответствующий автор, доктор философии Дейв Муни. , который является одним из основателей факультета Wyss Institute и профессора Robert P. Pinkas из биоинженерии в SEAS. Расследование сообщается в выпуске The Science на этой неделе. На что указывают исследования?

Новый гибкий клейкий материал, созданный на основе клея, выделяемого слизнями, прилипает к биологическим тканям (даже влажным), не вызывая токсичности, и может быть сформирован как в виде листов (голубовато-синий), так и в специальных формах (темно-синий). Предоставлено: Институт Висса Гарвардского университета.

Когда первый автор Jianyu Ли, доктор философии (Бывший постдокторант в Институте Висса, а ныне доцент в Университете Макгилла) начал задумываться о том, как улучшить медицинские клеи, нашел решение в неожиданном месте: слизняк. Арион ( Arion subfuscus ), распространенный в Европе и некоторых частях Соединенных Штатов, при угрозе выделяет особый тип слизи, которая удерживает ее на месте, затрудняя хищнику подъем с поверхности. Этот хвост ранее определенный который состоял из устойчивой матрицы, загруженной положительно заряженными белками, что побудило Ли и его коллег создать двухслойный гидрогель, состоящий из альгинат-полиакриламидной матрицы, которая поддерживает адгезивный слой с положительно заряженными полимерами, торчащими из него. поверхность.

Полимеры связываются с биологическими тканями посредством трех механизмов: электростатического притяжения к поверхностям отрицательно заряженных клеток, ковалентных связей между соседними атомами и физического взаимопроникновения, что делает адгезив чрезвычайно прочным. Но слой матрицы не менее важен, говорит Ли: «Большинство предыдущих дизайнов материалов были сосредоточены только на границе раздела между тканью и клеем. Наш адгезив способен рассеивать энергию через слой матрицы, что позволяет ему деформироваться намного сильнее, прежде чем сломаться. «Конструкция оборудования для матричного слоя включает ионы кальция, которые связаны с альгинатным гидрогелем посредством ионных связей. Когда к адгезиву прикладывают натяжение, «жертвенные» ионные связи разрушаются первыми, позволяя матрице поглощать большое количество энергии, прежде чем ее структура будет нарушена. В экспериментальных испытаниях

Исследователи проверили свой адгезив на различных сухих и влажных тканях свиньи, включая кожу, хрящи, сердце, артерию и печень, и обнаружили, что они связывают их все значительно большей прочностью, чем другие медицинские клеи. Устойчивый адгезив также сохранял свою стабильность и связывание при имплантации крысам в течение двух недель или при использовании его для герметизации отверстия в сердце свиньи, которое было накачано и спущено механически, а затем подвергнуто десяткам тысяч циклов растяжения. Кроме того, он не вызывал повреждения тканей или спаек окружающих тканей при применении к кровоизлияниям печени у мышей - побочные эффекты, которые наблюдались как с супер-клеем, так и с коммерческим адгезивом на основе тромбина.

Новый продукт

Такой высокоэффективный материал имеет множество потенциальных применений в области медицины, либо как пластырь, который можно разрезать до нужных размеров и наносить на поверхности тканей, либо как инъекционный раствор для более глубоких поражений. Он также может быть использован для прикрепления медицинских устройств к их целевым структурам, таким как привод для поддержки сердечной функции. «Это семейство твердых клеев имеет мощные возможности для применения», - говорит соавтор Адам Селиз, доктор философии, который в настоящее время является профессором кафедры биоинженерии в Имперском колледже Лондона. «Мы можем сделать эти клеи из биоразлагаемых материалов, чтобы они ломались, как только они выполнили свою задачу. Мы могли бы даже объединить эту технологию с мягкой робототехникой, чтобы сделать липких роботов, или с наркотиками, чтобы создать новое средство доставки лекарств ».

«Природа часто находила элегантные решения общих проблем; Это вопрос знания, где искать и распознавания хорошей идеи, когда вы ее видите », - говорит Дональд Ингбер, основатель Wyss, который также является профессором Джуды Фолкман по биологии сосудов в Медицинской школе Гарварда и Программе биологии сосудов в Бостонская детская больница, а также профессор биоинженерии в Гарварде SEAS. «Мы очень рады видеть, как эта технология, вдохновленная скромным слизнем, может стать новой технологией для хирургического восстановления и заживления ран».

Дополнительные участники этой работы включают соавтора Jiawei Yang, доктора философии, научного сотрудника SEAS; Цин Ян, к.т.н., доцент кафедры экологических наук и инженерии в Университете науки и техники Хуачжун; Исаак Вамала, доктор медицины, научный сотрудник Массачусетской больницы общего профиля; Уильям Уайт, исследователь из Института Висс и SEAS; Бо Ри Соо, доктор философии, научный сотрудник Института Висса и SEAS; Николай Васильев, доктор медицинских наук, доцент кафедры хирургии и научный сотрудник Бостонской детской больницы; Joost J. Vlassak. Доктор философии, Эбботт и Джеймс Лоуренс, профессор материаловедения в SEAS; И Чжиган Суо, доктор философии, Аллен Э. и Мэрилин М. Пакетт, профессор механики и материалов в SEAS.

Это исследование финансировалось Институтом Висса Гарвардского университета, NSF, Научно-исследовательскими центрами материаловедения и Инженерными центрами Гарвардского университета, NIH, Научным фондом Ирландии, Университет Цинхуа, а также Marie Curie International. Исходящее Товарищество.

Похожие

Комментарии