Ακόμα και με τις προόδους της σύγχρονης ιατρικής, οι γιατροί εξακολουθούν να σφραγίζουν τις πληγές με τεχνικές φαινομενικά πιο κατάλληλες για τους κύκλους των βιοτεχνών από το χειρουργείο: συρραπτικά, κιτ ραπτικής και κόλλα. Χάρη σε μια νέα εφεύρεση, η επιστήμη των ιατρικών συγκολλητικών μπορεί να πάρει μια σύγχρονη αναμόρφωση. Οι ερευνητές γύρισαν κυριολεκτικά τις πέτρες για να σχεδιάσουν μια νέα υπερ-ισχυρή κόλλα από μια απίθανη πηγή-γυμνοσάλιαγκες.
σχετικό περιεχόμενο
- Ένα πιο Super Superglue θα μπορούσε να βοηθήσει στη δημιουργία ζελέ όπως τα ρομπότ
- Κόλλα από σκωρία μυδιών μπορεί να αποτρέψει τα σημάδια
Το σημερινό πρότυπο χρυσού στις ιατρικές κόλλες δεν είναι τίποτα άλλο από το superglue. Η δραστική ουσία του υπερκείμενου, κυανοακρυλικού, είναι η πιο σκληρή ουσία εκεί έξω, αλλά η ισχυρή είναι για το μόνο που έχει να κάνει με αυτό. Το Superglue δεν θα κολλήσει σε υγρές επιφάνειες, κάτι που τείνει να είναι ένα πρόβλημα με αιμορραγικές πληγές. Αφού εφαρμοστεί σε ξηρή επιφάνεια, στερεοποιείται αμέσως σε ένα άκαμπτο και άκαμπτο πλαστικό που σπάει αντί να κινείται με το σώμα κατά τη διάρκεια της επούλωσης. Για να ξεπεραστούν τα πράγματα, μπορεί να είναι τοξικά για τα ζωντανά κύτταρα.
"Μερικές φορές είναι εκπληκτικό, έτσι δεν είναι;" λέει ο David Mooney των ρουστικών μεθόδων συρραφής που διατίθενται στους γιατρούς. Ο Mooney είναι καθηγητής βιοϊατρικής στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ, του οποίου η έρευνα κοιτάζει τον φυσικό κόσμο για το σχεδιασμό νέων υλικών για ιατρικές εφαρμογές. "Κατά τη διάρκεια της εξελικτικής διαδικασίας οι οργανισμοί πρέπει να αντιμετωπίσουν διάφορες καταστάσεις", λέει. Μπορεί να διαρκέσει ένα εκατομμύριο χρόνια, αλλά εκείνη τη στιγμή ένας οργανισμός μπορεί να βρει τον πιο κομψό και αποτελεσματικό τρόπο για να ανοικοδομήσει ένα κέλυφος ή να καλύψει μια πληγή. Οι άνθρωποι φτάνουν για ένα πυροβόλο όπλο.
Ο Mooney και η ομάδα του προσπαθούν να φέρουν λίγη φινέτσα του ζωικού βασιλείου σε ανθρωπογενείς λύσεις στα προβλήματα. Ο Jianyu Li, ένας μεταδιδακτορικός συνεργάτης στο εργαστήριο του Mooney, ξεκίνησε την αναζήτηση ενός υποδειγματικού υποψηφίου που ήταν ένας προπύργιος της δύναμης και της ευελιξίας που απαιτούνται για τη σφράγιση των πληγών και τη διάσωση ζωών σε χειρουργικό περιβάλλον. Αφού έμαθε τη λογοτεχνία, «βρήκαμε αυτό το πολύ φανταστικό πλάσμα» λέει ο Λι. "Το γυμνοσάλιαγκας".
Το Arion subfuscus είναι ένα κοινό πορτοκαλί γυμνοσάλιαγκας που ζει σε βόρειες εύκρατες περιοχές σε όλο τον κόσμο. Η προστατευτική βλέννα του έχει εμπνεύσει μια νέα ιατρική κόλλα. (Wikimedia Commons) Ο Arion subfuscus , ο συγκεκριμένος σφαγής , μπορεί να φαίνεται σαν ένας απίθανος υποψήφιος. Αυτά τα απίστευτα, σκουριασμένα πορτοκαλί μαλάκια οδηγούν μια απλή ζωή στους κήπους και κάτω από τα κούτσουρα στις βόρειες εύκρατες περιοχές του κόσμου, έχοντας κατά νου τη δική τους επιχείρηση. Δηλαδή, μέχρι να χτυπάει κάτι μαζί τους. Εάν ένας πεινασμένος αρπακτικός προσπαθεί να πάρει ένα χαστούκι, ο γυμνοσάλιαγκας πυροδοτεί μια μάζα αμυντικής βλέννας.
"Όταν ανακάλυψα αυτά τα γυμνοσάλιαγκα και πήρα ένα από αυτά, ήξερα ότι αυτό το υλικό ήταν πραγματικά καταπληκτικό", λέει ο Andrew Smith, καθηγητής βιολογίας στο κολλέγιο της Ιθάκης και ειδικός στις βιοχημικές ιδιότητες της βλέννας των μαλακίων που δεν συμμετείχε στη μελέτη . "Κυριολεκτικά βγαίνει από το πίσω μέρος του γυμνοσάλιαγκας και τοποθετεί σε δευτερόλεπτα σε μια πραγματικά σκληρή, ελαστική γέλη", λέει.
"Το πράγμα που το κάνει πολύ συναρπαστικό είναι ότι το υλικό είναι πολύ σκληρό", λέει ο Smith. Μπορεί να τεντωθεί περισσότερο από 10 φορές το δικό του μήκος, όπως μια λαστιχένια ζώνη που δεν θα κουμπώσει. Μπορεί να σκληρύνει, αλλά παραμένει ευέλικτο. Σε αντίθεση με το superglue, θα λειτουργήσει σε υγρές επιφάνειες. Και είναι σούπερ, πολύ κολλητική. Στην πραγματικότητα, ο Smith εξακολουθεί να αγωνίζεται να απολέσει τον εργαστηριακό του εξοπλισμό.
Με τη δύναμη της βλέννας, ο ίδιος ξεκίνησε να καταλάβει πώς λειτούργησε.
"Ένα τυπικό τζελ όπως το Jell-o είναι άκαμπτο, αλλά είναι εύθραυστο - εάν πιέσετε ένα κουτάλι σε αυτό χωρίζει", λέει ο Smith. Οι γυμνοσάλιαγκες έχουν βρει έναν τρόπο να είναι ισχυροί όπου τα ζελατινώδη επιδόρπια είναι αδύναμα. Ανακάλυψε ότι η βλέννα είναι 97 τοις εκατό νερό, αλλά υφασμένα με δύο διαφορετικά πολυμερή. Το πρώτο είναι οργανωμένο σαν ένα δίχτυ. παρέχει την ισχυρή ραχοκοκαλιά. Μπερδεμένα μέσα από το πλέγμα είναι εκτεταμένες αλυσίδες πολυμερούς που κρατούν το πλέγμα πλεγμένο μαζί όταν τεντώνεται μεγάλες αποστάσεις. Αυτή η λεγόμενη διπλή μήτρα είναι το κλειδί για τη δύναμη και την ευελιξία της βλέννας του γυμνοσάλιαγκας.
Στη συνέχεια, οι γυμνοσάλιαγκες κάνουν το όλο θέμα κολλώδες με την επένδυση με θετικά φορτισμένες πρωτεΐνες που δρουν σαν ατομικό velcro, συνδέοντάς το με τα αρνητικά φορτία στις επιφάνειες των ιστών. Το καθαρό αποτέλεσμα; Ένα στόμα γεμάτο αδιάβροχη κόλλα όταν ένας αρπακτικός μπαίνει σε ένα σνακ. Ή, η τέλεια έμπνευση για μια νέα, εξαιρετικά ισχυρή ιατρική κόλλα.
Αυτή η σκληρή κόλλα εφαρμόστηκε σε καρδιά χοίρου και τεντώθηκε για να δείξει την ισχυρή πρόσφυση και την ανθεκτικότητα. (Credit: Jianyu Li et αϊ., Science 2017)Με βάση το έργο του Σμιθ που χαρακτηρίζει τη βλέννα της γυμνοσάλιαγκας, ο Λι έθεσε να αναπαράγει τις ιδιότητές του σε συνθετική κόλλα. Ο Mooney και ο Li επισημαίνουν ότι δεν θα βλάψουν καμιά κηρήθρα κήπου για να κάνουν την εφεύρεσή τους. "Δεν έχουμε κανένα στοιχείο γυμνού βλεννογόνου στο υλικό μας", λέει ο Mooney. «Το χρησιμοποιήσαμε ως έμπνευση».
Μετά από μερικά χρόνια δοκιμών και σφαλμάτων, ο Λι παρήγαγε ένα πρωτότυπο που μίλησε τέλεια τις ανθεκτικές ιδιότητες διπλής μήτρας του γυμνοσάλιαγκας, τις οποίες περιγράφουν σε μια μελέτη που έγινε σήμερα στο περιοδικό Science . Το άνω στρώμα είναι μια υδρογέλη που μπορεί να κοπεί σε μέγεθος που χρειάζεται. Το δεύτερο στρώμα εφαρμόζεται ως υγρό στην υδρογέλη και ενεργοποιεί τη χημική σύνδεση. "Είναι ταινία σκωτσέζικης ταινίας που είναι προσαρμοσμένη σε κάτι πολύ ελαστικό και μπορεί να κινηθεί εύκολα με ιστούς", λέει ο Mooney.
Η νέα κόλλα χτυπά το γλυκό σημείο όταν πρόκειται για χρονισμό σε χειρουργικό περιβάλλον. "Δεν είναι σαν να το αγγίξετε τυχαία στο δέρμα σας που έχει κολλήσει και δεν μπορείτε να το πάρετε μακριά", λέει ο Mooney. Οι χειρουργοί θα έχουν περίπου 10 δευτερόλεπτα για να βάλουν την κόλλα στη θέση τους. Μόλις ρυθμιστεί, η κόλλα "μπορεί να φιλοξενήσει το στρες και την καταπόνηση που βιώνουν οι ιστοί", λέει ο Li-στελέχη σαν καρδιά ξυλοδαρμού, αναπνοή και κίνηση.
Με ένα πρωτότυπο, η ομάδα έβαλε την κόλλα της στη δοκιμή. Πραγματοποίησαν πειράματα μηχανικής εξάπλωσης, χρησιμοποίησαν την κόλλα για να επιδιορθώσουν τα τραυματισμένα συκώτια αρουραίων, και μάλιστα απέδειξαν τη δύναμή της στη σφράγιση ενός μεγάλου ελαττώματος σε μια καρδιά χτυπημένης χοίρου. Σε κάθε δοκιμή, η κόλλα τους εμπνεύστηκε από όλα τα εμπορικά διαθέσιμα προϊόντα, κινούσε με ευελιξία τα θεραπευτικά συκώτια και τις καρδιές άντλησης, χωρίς να είναι εμφανής καμία τοξικότητα.
Η στρατηγική της ομάδας να ψάχνει στη φύση για την επίλυση προβλημάτων είναι μια αξία που μοιράζεται ο Phillip Messersmith, καθηγητής βιοϊατρικής και επιστήμης των υλικών στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας Berkeley, του οποίου η έρευνα χρησιμοποιεί μύδια ως βιολογική εισπνοή για κόλλες. "Είναι πραγματικά μια πολύ σημαντική μελέτη", λέει. "Πολύ καλά εκτελεσμένος και με σημαντικές συνέπειες για ιατρικές εφαρμογές." Αν και ο Messersmith δεν είχε τεχνικές επιφυλάξεις, σημειώνει ότι οποιεσδήποτε μελλοντικές χειρουργικές εφαρμογές θα απαιτήσουν το υλικό να είναι βιοαποικοδομήσιμο.
Ευτυχώς, μια βιοαποικοδομήσιμη εκδοχή αυτών των συγκολλητικών ουσιών είναι στη συνέχεια στη βάση. Με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας που εκκρεμεί, οι Li και Mooney σχεδιάζουν επίσης να αξιολογήσουν αν η εφεύρεσή τους θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί με ασφάλεια στους ανθρώπους. "Σε ανθρώπους ασθενείς, η ασφάλεια είναι πρωταρχική, ώστε να υπάρξουν μακροπρόθεσμες μελέτες για να έχουμε υψηλό επίπεδο εμπιστοσύνης στην ασφάλεια", λέει ο Mooney. Αναπτύσσουν επίσης μια έκδοση της κόλλας που μπορεί να εγχυθεί σε δύσκολες για φθάσεις περιοχές που χρειάζονται επισκευή. Εμπνευσμένο από ένα ακανθώδες γυμνοσάλιαγκας κάτω από τα βράχια στον κήπο σας, φαίνεται ότι ο ουρανός είναι το όριο για αυτήν την εφεύρεση.
"Έχουμε δουλέψει για τα γυμνοσάλιαγκα για λίγο και είμαι πραγματικά σίγουρος ότι αυτό θα οδηγήσει σε κάτι καλό", λέει ο Smith. "Έχω πάντα την αίσθηση ότι αυτό το γυμνοσάλιαγκας ήταν αξιοθαύμαστο και είχε τη δυνατότητα να οδηγήσει σε πραγματικά χρήσιμες κόλλες, και wow-έδειξαν πραγματικά."
