Sebészi ragasztóanyagot ihletett a csiganyál

Egy meztelencsiga ragadós nyálkája ihlette azt az új sebészi ragasztóanyagot, amely nedves felülethez is erősen és tartósan tapad, így belső sebek, sebészi hegek zárására is kitűnő lehet.

Aki próbált már nedves bőrre sebtapaszt ragasztani, az pontosan tudja, mennyire hiábavaló az erőfeszítés: akárhogy ügyeskedünk, úgyis lejön. Pedig még csak nem is a nedves bőr a legnagyobb kihívás az orvosi ragasztóanyagok számára. Testünk belseje tele van mindenféle folyadékkal – vérrel, vérsavóval, szövetnedvvel –, amelyek megnehezítik a belső sérülések gyógyulását. Pillanatragasztóval ugyanakkor mégsem eshetünk neki egy sebnek, hiszen a legtöbb nem-orvosi ragasztóanyag nemcsak mérgező, de megkötve elveszti rugalmasságát, és nem is tapad erősen a biológiai szövetekhez.

A Harvard Egyetem kutatóintézeteinek biomérnökei ezért olyan szupererős ragasztóanyagot fejlesztettek ki, amely biokompatibilis – vagyis barátságos a szervezetünk számára –, és nedvesen is olyan erővel tapad az élő szövethez, mintha a testünk része, mondjuk a saját porcunk volna.

„Anyagunk legfontosabb jellemzője, hogy rendkívüli tapadókészsége a rá ható erők átadásának és elnyelésének képességével párosul. E tulajdonságokat még egyetlen korábbi ragasztóanyagban sem sikerült ötvözni" – nyilatkozta Dave Mooney, a Harvard égisze alatt működő Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering professzora és a Science-ben publikált közlemény rangidős szerzője.

Így működik

Amikor a cikket vezető szerzőként jegyző Jianyu Li, akkoriban a Wyss Institute, ma a McGill University munkatársa elkezdett töprengeni az orvosi ragasztóanyagok tulajdonságainak javításán, a megoldás váratlan helyről köszönt rá: a kulcsfontosságú ötletet egy meztelencsiga szolgáltatta.

Az élénk csupaszcsiga (Arion subfuscus), amely Európa-szerte és Észak-Amerika egyes területein is elterjedt, fenyegetett helyzetben olyan sajátos nyálkát választ ki, amely odaragasztja őt az aljzathoz, s ezzel igencsak megnehezíti egy esetleges ragadozó dolgát, aki megpróbálná őt lepiszkálni onnan. Korábbi kutatásokból ismeretes volt, hogy a speciális nyálka alapját egy sűrű vivőanyag képezi, amelybe pozitív töltésű fehérjék keverednek. Li és munkatársai a csiga példáján okulva olyan kettős rétegű hidrogélt (magas víztartalmú zselés anyagot) kísérleteztek ki, amelyben egy alginátból és poliakrilamidból álló térhálós gél felszínére pozitív töltésű polimereket hordozó tapadóréteget vittek fel.

E polimerek háromféle mechanizmussal tapadnak a biológiai szövethez: a negatívan töltött sejtfelszínek iránti elektrosztatikus vonzás útján, a szomszédos atomokkal létesített kovalens kötések által, és fizikailag a környező molekulák közé ékelődve.

E három hatás együttesen páratlan erejű kötődést biztosít.

Nem elhanyagolható ugyanakkor a polimer-réteget hordozó gélmátrix szerepe sem: „A legtöbb korábbi anyag tervezői kizárólag a szövet és a ragasztó közötti határfelületre koncentráltak. A mi ragasztóanyagunk viszont a hordozó mátrix révén képes elnyelni a rá ható erőket, így jelentős mértékben deformálódhat anélkül, hogy elszakadna" – emelte ki Li.

Strapabíró anyag

A csoport úgy alakította ki a hordozó mátrix összetételét, hogy az alginát gélbe kalciumionokat kevert, amelyek ionos kötésekkel kapcsolódnak az alginát térhálóhoz. Külső erőhatásra először ezek a „beáldozható" ionos kötések szakadnak el, így a mátrix nagy mennyiségű energiát nyelhet el, mielőtt a szerkezete ténylegesen károsodna. Kísérleti tesztekben más orvosi ragasztókkal összevetve az új anyag több mint háromszor akkora erőhatást viselt el, mielőtt elengedett volna, és amikor végül elszakadt, akkor sem a szövet és a ragasztófelület közötti kölcsönhatás bomlott meg, hanem a hordozó gél nem bírta tovább a feszültséget.

A kutatók egy sor különféle sertés-szöveten – szárazakon és nedveseken egyaránt – kipróbálták a ragasztót. A tesztek során az új anyag minden más orvosi ragasztónál erősebben kötődött a bőrhöz, porchoz, szívhez, artériához és májhoz. A szívós ragasztó még akkor is megőrizte stabilitását és kötőképességét, amikor két hétre élő patkányba ültették, vagy amikor befoltoztak vele egy lyukat egy kioperált disznószíven, és a szívet több tízezerszer mechanikusan felfújták és leeresztették, hogy imitálják az élő szerv erőteljes pumpamozgását.

A szívre erősített tapasz annak ellenére sem engedett el, hogy a folt területe minden felfújásnál a kétszeresére nőtt.

Lényeges, hogy a ragasztóanyag nem károsította az élő szövetet, és vérző májsérülésre alkalmazva nem okozott nemkívánatos összenövéseket a környező szövetek között, noha pillanatragasztó vagy orvosi célra kapható trombin-alapú ragasztóanyag használata esetén gyakran fellépnek ezek a mellékhatások.

Forrás: Jianya Li, Adam D. Celiz, David J. Mooney

Számos orvosi feladatkörben hasznosnak bizonyulhat

Előnyös tulajdonságainak köszönhetően az új ragasztóanyag számos orvosi feladatkörben hasznosnak bizonyulhat majd: készülhet belőle méretre vágható és szövetfelszínre applikálható tapasz, vagy mélyebb szöveti sérülések helyére fecskendezhető oldat. Alkalmas lehet továbbá arra is, hogy a helyén tartson egy beültetett orvosi eszközt, például egy pacemakert a szív felszínén. „Az ellenálló ragasztóanyagok ezen új családja széles körben felhasználható – erősíti meg Adam Celiz, a londoni Imperial College biomérnöki karának előadója. –

Mivel biológiailag lebomló anyagból készülnek, feladatuk betöltése után lassan felszívódnak a szervezetben.

Akár lágyanyag-robotikával is kombinálhatjuk a technológiát, ha ragadós robotokat akarunk létrehozni, vagy újfajta gyógyszerhordozóként alkalmazhatjuk őket a gyógyszermolekulák célba juttatására."

„A legtöbb közönséges problémára a természet általában már megtalálta az elegáns megoldást. Csak tudni kell, hol keressünk, és észre kell venni, ha rábukkantunk egy jó ötletre – ad útmutatást kutatók számára Donald Ingber, a Wyss Institute alapító igazgatója. – Izgalommal figyeljük, ahogy egy jelentéktelen küllemű csupaszcsiga inspirálta módszer újfajta sebészi sebgyógyító és sebzáró technológiává növi ki magát."