Isegi kaasaegse meditsiini arenguga pitseerivad arstid haavu ikkagi käsitööringidele kui operatsioonisaali sobivamaid tehnikaid kasutades: klambrite, õmbluskomplektide ja liimiga. Tänu uuele leiutisele võib meditsiiniliste liimide teadus saada kaasaegse uuenduse. Teadlased keerasid sõna otseses mõttes kivid ümber, et leida uus ülitugev liim ebatõenäolisest allikast - nälkjad.
Seotud sisu
- Veel ülivõimsam liim võib aidata luua želeesarnaseid roboteid
- Rannakarpidest valmistatud liim võib vältida armistumist
Meditsiiniliste liimide praegune kuldstandard pole midagi muud kui üliliim. Superliimides sisalduv toimeaine, tsüanoakrülaat, on seal kõige kõvem aine, kuid tugev olemine on selleks kõige parem. Superliim ei kleepu niiskele pinnale, mis kipub olema haavade veritsemise probleem. Kuivale pinnale kandmisel tahkub see kohe jäigaks ja läbitungimatuks plastiks, mis paranemise ajal kehaga liikumise asemel puruneb. Lisaks võib see olla mürgine elusrakkudele.
"Mõnikord on see üllatav, kas pole?" Ütleb David Mooney arstidele kättesaadavatest maalähedastest õmblusmeetoditest. Mooney on Harvardi ülikooli bioenergeetika professor, kelle uurimistöö näeb loodusmaailma ette uusi materjale meditsiiniliseks kasutamiseks. "Evolutsiooniprotsessis peavad organismid seisma silmitsi paljude erinevate olukordadega, " ütleb ta. See võib võtta miljon aastat, kuid selle aja jooksul suudab organism leida kõige elegantsema ja tõhusaima viisi kesta taastamiseks või haava parandamiseks. Inimesed ulatuvad klambripüstoli poole.
Mooney ja tema meeskond proovivad tuua loomariigi peensusest natuke inimese loodud probleemilahendusi. Nad nimetavad seda "bioinvesteeringuks". Mooney labori järeldoktor Jianyu Li asus otsima näidiskandidaati, kes oleks tugevuse ja paindlikkuse bastion, mis on vajalik haavade tihendamiseks ja inimelude päästmiseks kirurgilises keskkonnas. Pärast kirjanduse kallale asumist leidsime [väga] selle fantastilise olendi, »räägib Li. “Nälkjas.”
Arioni subfuscus on tavaline apelsini nälkjas, mis elab kogu maailma parasvöötmes. Selle kaitsev lima on inspireerinud uut meditsiinilist liimi. (Wikimedia Commons) Arioni subfuscus , kõnealune nälkjas, võib tunduda ebatõenäoline kandidaat. Need vähenõudlikud, roostes oranžid molluskid elavad kogu maailmas parasvöötme parasvöötme aedades ja palkide all lihtsat elu, pidades silmas oma äri. St kuni keegi segab neid. Kui näljane röövloom üritab näksimist võtta, detoneerib see nälk kaitsva lima vahemälu.
"Kui ma need nälkjad avastasin ja ühe neist üles valisin, teadsin, et see materjal on tõesti hämmastav, " ütleb Andrew Smith, Ithaca kolledži bioloogiaprofessor ja molluski lima biokeemiliste omaduste ekspert, kes uuringuga ei tegelenud. . "See tühjendab sõna otseses mõttes nälkja tagumise osa ja moodustub sekunditega tõeliselt sitkeks, elastseks geeliks, " ütleb ta.
"Põnevaks teeb selle, et materjal on väga sitke, " ütleb Smith. Seda saab venitada rohkem kui 10 korda selle enda pikkusest, nagu kummipael, mis ei klammerdu. See võib kõveneda, kuid jääb siiski paindlikuks. Erinevalt superliimist töötab see märjal pinnal. Ja see on super, ülimalt kleepuv. Tegelikult on Smith endiselt hädas oma laboriseadmete rühmitamisega.
Lima väega ümber fikseeritud, asus ta välja mõtlema, kuidas see toimis.
"Tüüpiline geel nagu Jell-o on jäik, kuid habras - kui sellele lusikat vajutada, lõheneb see, " ütleb Smith. Nälkjad on välja mõelnud viisi, kuidas olla tugev, kui želatiinist magustoidud on nõrgad. Ta avastas, et lima on 97 protsenti vett, kuid kootud kahe erineva polümeeriga. Esimene on korraldatud nagu võrk; see annab tugeva selgroo. Võrgusilma kaudu on ulatuslikud polümeersed ahelad, mis hoiavad silma pikkade vahemaade tagant silmkoelised. See niinimetatud kahekordne maatriks on nälkja lima tugevuse ja paindlikkuse võti.
Siis muudavad nälkjad kogu asja kleepuvaks, vooderdades selle positiivse laenguga valkudega, mis toimivad nagu aatomi velcro, sidudes selle kudede pindadel olevate negatiivsete laengutega. Puhastulemus? Suu täis mitteläbilaskvat liimi, kui röövloom läheb sisse näksima. Või täiuslik inspiratsioon uudsele ülitugevale meditsiinilisele liimile.
See sitke liim kanti sea südamele ja venitati, et näidata tugevat haardumist ja vastupidavust. (Krediit: Jianyu Li jt, Science 2017)Lähtudes Smithi teosest, mis iseloomustas nälkjas lima, otsustas Li korrata selle omadusi sünteetilises liimis. Mooney ja Li märgivad, et oma leiutist ei kahjusta kunagi aianduskriitikud. “Meie materjalis pole ühtegi nälkja lima elementi, ” sõnab Mooney. "Kasutasime seda inspiratsioonina."
Pärast mõneaastast katsetamist ja tõrget valmistas Li prototüübi, mis jäljendas täiuslikult nälkja vastupidavat topeltmaatriksi omadusi, mida nad kirjeldavad täna ajakirjas Science avaldatud uuringus. Pealmine kiht on hüdrogeel, mida saab lõigata vajaliku suurusega. Teine kiht kantakse hüdrogeelile vedelana ja see aktiveerib keemilise sideme. "See on šoti lint, mis on kinnitatud millegi väga elastse külge ja võib kudedega hõlpsalt liikuda, " räägib Mooney.
Uus liim tabab magusat kohta ka siis, kui on vaja ajakava võtta ka kirurgilises keskkonnas. "See pole nii, nagu kui te seda kogemata nahale puutuksite, on see kinni ja te ei saa seda maha, " ütleb Mooney. Kirurgidel oleks liimi paika saamiseks umbes 10 sekundit. Pärast liimi kinnitamist suudab liim “vastu võtta kudede koormusele ja koormusele”, väidab Li - tüved nagu peksmine, hingamine ja liikumine.
Prototüübiga pani meeskond oma liimi proovile. Nad viisid läbi mehaanilisi venituskatseid, kasutasid liimi vigastatud roti maksa lappimiseks ja demonstreerisid selle tugevust peksva sea südame suure defekti sulgemisel. Igas katses edestas nende nälkjas-inspireeritud liim kõiki müügil olevaid tooteid, liikudes paindlikult tervendavate maksadega ja pumpades südameid - kõik ilma toksilisuseta.
Meeskonna strateegia, mis seisneb probleemide lahendamisel looduse poole püüdlemises, on väärtus, mida jagab California Berkeley ülikooli bioenergeetika ja materjaliteaduse professor Phillip Messersmith, kelle uurimistöös kasutatakse rannakarpe liimide bioinspiratsioonina. "See on tõesti väga oluline uuring, " ütleb ta. “Väga hästi teostatud ja omab olulist mõju meditsiinilistele rakendustele.” Kuigi Messersmithil puudusid tehnilised reservatsioonid, märgib ta, et tulevased kirurgilised rakendused vajavad materjali biolagunevust.
Õnneks on järgmine liimide biolagunev versioon järgmine. Patendi menetlemisel plaanivad Li ja Mooney ka hinnata, kas nende leiutist saaks inimestel ohutult kasutada. "Inimpatsientide puhul on ohutus ülimalt tähtis, seega tehakse pikaajalisi uuringuid, mis tagavad ohutuse kõrge taseme, " ütleb Mooney. Samuti töötavad nad välja liimi versiooni, mida saab süstida raskesti ligipääsetavatesse kohtadesse, mis vajavad lappimist. Inspireerituna aia kivide all olevast vähenõudlikust nälkjast, näib, et taevas on selle leiutise piiriks.
"Oleme mõnda aega nälkjate kallal töötanud ja olen olnud tõeliselt kindel, et see tõi kaasa midagi head, " räägib Smith. "Olen alati tundnud, et see nälkjas oli tähelepanuväärne ja võis viia tõeliselt kasulike liimideni ja vau - nad tõesti näitasid."
