Dokonce i s pokroky moderní medicíny, lékaři stále těsní rány technikami, které jsou zdánlivě vhodnější pro řemeslné kruhy než operační sál: svorky, šicí soupravy a lepidlo. Díky novému vynálezu může věda lékařských lepidel získat moderní revizi. Vědci doslova převrátili kameny, aby vymysleli nové super silné lepidlo z nepravděpodobného zdroje - slimáky.
Související obsah
- Více super lepidlo by mohlo pomoci vytvořit želé-jako roboty
- Lepidlo vyrobené z slizu slizu slizu může zabránit jizvení
Současný zlatý standard v lékařských lepidlech není nic jiného než superglue. Účinná látka v superglue, kyanoakrylátu, je nejtvrdší látkou venku, ale být silný je o všem, co pro ni má. Superglue se nebude držet na mokrých površích, což bývá problémem s krvácejícími ranami. Jakmile je nanesen na suchý povrch, okamžitě ztuhne na tuhý a nepoddajný plast, který se během hojení místo pohybu s tělem rozbije. Navíc to může být pro živé buňky toxické.
"Někdy je to překvapivé, že?" Říká David Mooney o metodách rustikálního šití, které mají lékaři k dispozici. Mooney je profesorem bioinženýrství na Harvardské univerzitě, jehož výzkum se zaměřuje na přírodní svět a navrhuje nové materiály pro lékařské aplikace. "Během evolučního procesu se musí organismy potýkat s řadou různých situací, " říká. Může to trvat milion let, ale v té době může organismus najít nejelegantnější a nejefektivnější způsob, jak znovu vybudovat skořápku nebo napravit ránu. Lidé sáhnou po sešívací pistoli.
Mooney a jeho tým se snaží přenést trochu jemnosti zvířecí říše do umělých řešení problémů. Říkají tomu „bioinspirace“. Jianyu Li, postdoktorandský kolega v Mooneyově laboratoři, začal hledat příkladného kandidáta, který byl baštou síly a flexibility potřebné k utěsnění ran a záchraně životů v chirurgickém prostředí. Po prostudování literatury „jsme našli toto velmi fantastické stvoření, “ říká Li. "Slimák."
Arion subfuscus je obyčejný oranžový slimák, který žije v severních mírných oblastech po celém světě. Jeho ochranný hlen inspiroval nové lékařské lepidlo. (Wikimedia Commons) Subfuskus Arion , dotyčný slimák, by se mohl jevit jako nepravděpodobný kandidát. Tyto nenápadné, rezavé oranžové měkkýše vedou v zahradách a pod polenami v severních mírných oblastech po celém světě jednoduchý život, a tím ovlivňují vlastní podnikání. To znamená, dokud se s nimi něco nestane. Pokud se hladový predátor snaží okusovat, slimák vybuchne mezipaměť defenzivního hlenu.
"Když jsem objevil tyto slimáky a vyzvedl jednoho z nich, věděl jsem, že tento materiál je opravdu úžasný, " říká Andrew Smith, profesor biologie na Ithaca College a odborník na biochemické vlastnosti hlenu měkkýšů, který se studie nezúčastnil. . "Doslova vytéká ze zadní části slimáka a v několika sekundách zapadá do opravdu tvrdého, elastického gelu, " říká.
"Věc, která dělá to vzrušující je, že materiál je velmi tvrdý, " říká Smith. Může být protažen více než desetkrát svou vlastní délkou, jako gumová páska, která se nezaklapne. Může ztvrdnout, ale zůstává flexibilní. Na rozdíl od superglue to bude fungovat na mokrých površích. A je to super, super lepkavé. Ve skutečnosti se Smith stále snaží vypálit své laboratorní vybavení.
Přemožen mocí hlenu se rozhodl zjistit, jak to funguje.
"Typický gel jako Jell-o je tuhý, ale je křehký - pokud na něj stisknete lžíci, rozdělí se, " říká Smith. Slimáci přišli na způsob, jak být silný, pokud jsou želatinové dezerty slabé. Zjistil, že hlen je 97 procent vody, ale protkaný dvěma různými polymery. První je uspořádán jako síťovina; poskytuje silnou páteř. Propletené mřížkou jsou rozsáhlé polymerní řetězce, které udržují pletené pletivo dohromady, když se táhnou na velké vzdálenosti. Tato takzvaná dvojitá matrice je klíčem k síle a flexibilitě slimáka slimáka.
Pak slimáci celou věc lepí tím, že ji obloží pozitivně nabitými proteiny, které působí jako atomový suchý zip, a váže je na záporné náboje na povrchu tkáně. Čistý výsledek? Ústa plná nepropustného lepidla, když dravec přichází na lehkou svačinu. Nebo perfektní inspirace pro nové, ultra silné lékařské lepidlo.
Toto tvrdé lepidlo bylo naneseno na prasečí srdce a nataženo, aby vykazovalo silnou adhezi a trvanlivost. (Kredit: Jianyu Li a kol., Science 2017)Na základě Smithovy práce charakterizující slizový sliz se Li rozhodl replikovat své vlastnosti do syntetického lepidla. Mooney a Li poukazují na to, že žádným zahradním tvorům nikdy neublíží, aby vytvořili svůj vynález. "V našem materiálu nemáme žádný prvek slimáka hlenu, " říká Mooney. "Použili jsme to jako inspiraci."
Po několika letech pokusů a omylů Li vyrobil prototyp, který dokonale napodoboval trvalé vlastnosti dvojité matice slimáka, které popisují ve studii zveřejněné dnes v časopise Science . Vrchní vrstva je hydrogel, který lze řezat na potřebnou velikost. Druhá vrstva se aplikuje jako kapalina na hydrogel a aktivuje chemické spojení. "Je to skotská páska, která je připevněna k něčemu velmi elastickému a může se snadno pohybovat tkání, " říká Mooney.
Nové lepidlo zasáhne sladké místo, pokud jde o načasování i v chirurgickém prostředí. "Není to, jako kdybyste ho náhodou dotkli pokožky, že je přilepená a nemůžete ji dostat pryč, " říká Mooney. Chirurgové by měli asi 10 sekund na to, aby dostali lepidlo na své místo. Jakmile je lepidlo usazeno, „dokáže pojmout stres a napětí, které prožívají tkáně, “ říká Li - kmeny jako tlukot srdce, dýchání a pohyb.
S prototypem tým testoval své lepidlo. Prováděli experimenty s mechanickým protahováním, používali lepidlo k ošetření poškozených jater krys a dokonce prokázali svou sílu při utěsnění velkého defektu v bijícím prasečím srdci. V každém pokusu jejich slimák inspirované lepidlo překonalo všechny komerčně dostupné produkty, pohybovalo se pružně s léčivými játry a pumpovalo srdce, to vše bez zjevné toxicity.
Strategie týmu hledat přírodu při řešení problémů je hodnota sdílená Phillipem Messersmithem, profesorem bioinženýrství a materiálovou vědou na University of California v Berkeley, jehož výzkum používá slávky jako bioinspirace pro lepidla. "Je to opravdu velmi důležitá studie, " říká. "Velmi dobře provedené as důležitými důsledky pro lékařské aplikace." Přestože Messersmith neměl žádné technické výhrady, poznamenává, že jakékoli budoucí chirurgické aplikace vyžadují, aby byl materiál biologicky rozložitelný.
Naštěstí je na palubě další biologicky rozložitelná verze těchto lepidel. S patentem čekajícím na rozhodnutí, Li a Mooney také plánují posoudit, zda by jejich vynález mohl být bezpečně použit u lidí. "U lidských pacientů je bezpečnost prvořadá, takže budou existovat dlouhodobé studie, které budou mít vysokou úroveň důvěry v bezpečnost, " říká Mooney. Vyvíjejí také verzi lepidla, které lze vstříknout na těžko přístupná místa, která potřebují záplatování. Inspirován nenápadným slimákem pod skalami ve vaší zahradě se zdá, že nebe je limitem pro tento vynález.
"Pracujeme na slimákách už nějakou dobu a jsem si opravdu jistý, že to povede k něčemu dobrému, " říká Smith. "Vždycky jsem cítil, že tento slimák byl pozoruhodný a měl potenciál vést ke skutečně užitečným lepidlům, a páni - opravdu se ukázalo."
