Клей, описанный сегодня (28 июля) в новом исследовании в журнале Science, прилипает к влажным поверхностям, включая поверхность бьющегося сердца. Он не токсичен для клеток, что дает ему преимущество перед многими хирургическими препаратами. В настоящее время в операциях он не используется — его разработчики утверждают, что для этого могут потребоваться годы, но его можно было бы скорее одобрить для таких манипуляций, как закрытие ран.
Клей, вдохновленный слизью, «очень эластичный и очень жесткий», — сказал Jianyu Li, докторант-исследователь в Институте Wyss Университета Гарвардского университета и ведущий автор исследования. Ли и его коллеги применили клей к бьющемуся сердцу свиньи, и обнаружили, что он работал лучше, чем любой другой хирургический клей на рынке.
Вдохновленный природой
Создатели вдохновились Arion subfuscus, слизняком из Северной Америки и Западной Европы. Эти слизняки выделяют липкую желто-оранжевую слизь, которая хорошо прилипает к влажным поверхностям.
Эта особенность заинтриговала Ли и его коллег, и они приступили к созданию искусственной версии слизи. Ключ, сказал Ли, заключается в том, что слизь состоит из длинных прямых цепочек молекул, называемых полимерами, которые также связаны друг с другом — явление, называемое сшиванием. Сшивание делает материалы сильными, но слизь имеет дополнительное преимущество из-за наличия двух типов поперечных связей. Некоторые из них были ковалентными, то есть удерживают молекулы вместе, разделяя электроны. Другие были ионными связями, что означает, что одна молекула передает свои электроны другому. По словам Ли, эти «гибридизированные» перекрестные связи делают слизь жесткой и эластичной.
Клей состоит из полимеров, связанных двумя типами химических связей.
Команда имитировала эту структуру, используя искусственные полимеры, слоистые на том, что они называли «диссипативной матрицей». Полимеры обеспечивают силу прилипания, объяснил Ли, в то время как слой диссипативной матрицы действует как амортизатор: он может растягиваться и деформироваться без разрушения.
Лечение ран
Чтобы проверить клей, исследователи применили его к коже свиньи, хрящу, артериям, ткани печени и сердцам — включая сердца, которые были надуты водой или воздухом и покрыты кровью. Материал оказался чрезвычайно растяжимым, расширяясь в 14 раз по сравнению с его первоначальной длиной, не вырываясь из ткани печени. При использовании для закрытия отверстия в сердце свиньи клей сохранял свое уплотнение даже тогда, когда его растягивали до удвоенной первоначальной длины десятки тысяч раз при давлениях, превышающих нормальное кровяное давление человека.
Исследователи даже приложили клей к бьющемуся сердцу настоящей свиньи и обнаружили, что адгезия к бьющейся, кровавой поверхности была примерно в восемь раз прочнее адгезии любого доступного на рынке хирургического клея.
Сердце свиньи заклеено новым клеем, вдохновленным слизью. Клей является жестким и гибким и может прилипать к влажной, движущейся ткани, как сердечная мышца.
Клей также был протестирован на живой крысе: исследователи моделировали экстренную операцию, разрезая ткань печени крыс, а затем накладывая на рану либо клей, либо стандартный продукт для остановки крови, который называется Surgiflo. Они обнаружили, что новый клей был так же хорош в прекращении кровотока, как стандартный клей; Крысы, обработанные новым клеем, не испытывали дополнительных кровотечений до двух недель после операции. Исследователи сообщили, что крысы, обработанные Surgiflo, иногда страдали от смерти тканей и рубцов. Крысы, обработанные новым клеем, не испытывали этих побочных эффектов.
Ли сказал, что попадет ли новый клей в операционные, зависит от гораздо более обширных клинических испытаний, но он может дебютировать как новый метод быстрого лечения ран.
«У нас есть компания, которая работает над продвижением нашего материала к клиническим применениям, и у нас есть патент на рассмотрении», — сказал Ли.
