MIT-ingeniører designede en kraftfuld, biokompatibel lim, der kan forsegle skadet væv og stoppe blødning, inspireret af det klæbrige stof, som smykker bruger til at klæbe til sten. Kredit: lagerbilleder
Et nyt klæbemiddel, der efterligner det klæbrige stof, der bruges af smykker til at klæbe til sten, kan give en bedre måde at behandle traumer på.
Inspireret af det klæbrige stof, som ildhuder bruger til at klæbe til sten, har MIT-ingeniører designet en kraftig biokompatibel lim, der kan forsegle skadet væv og stoppe blødning.
Selvom overfladen er dækket af blod, kan denne nye pasta klæbe til overfladen og kan danne en tæt forsegling inden for cirka 15 sekunder efter påføring. Forskere siger, at denne lim kan give en mere effektiv måde at behandle traumer på og hjælpe med at kontrollere blødninger under operationen.
"Vi løser problemet med adhæsion i et udfordrende miljø, det vil sige det fugtige, dynamiske miljø i menneskelige væv. Samtidig forsøger vi at omdanne denne grundlæggende viden til rigtige produkter, der kan redde liv,” sagde MIT Machinery Zhao Xuanhe, professor i ingeniørvidenskab og civil- og miljøteknik og en af de ledende forfattere af undersøgelsen.
Christoph Nabzdyk er hjerteanæstesiolog og intensivlæge ved Mayo Clinic i Rochester, Minnesota, og seniorforfatter af papiret, som blev offentliggjort i Nature Biomedical Engineering den 9. august 2021. MIT-forsker Hyunwoo Yuk og postdoc Jingjing Wu er hovedforfatterne til undersøgelsen.
Forskergruppe: Hyunwoo Yuk, Jingjing Wu, Xuanhe Zhao (fra venstre mod højre), der holder en brakkeskal og en hæmostatisk salve i hånden. Kredit: Leveret af forsker
At finde en måde at stoppe blødning på er et langvarigt problem, men det er endnu ikke helt løst, sagde Zhao. Suturer bruges normalt til at lukke sår, men suturer er en tidskrævende proces, som førstehjælpere normalt ikke kan gøre i en nødsituation. Blandt soldater er blodtab den førende dødsårsag efter traumer, mens blodtab i den almindelige befolkning er den næstvigtigste dødsårsag efter traumer.
I de senere år har nogle materialer, der kan stoppe blødninger, også kaldet hæmostatiske midler, været på markedet. Mange af disse består af plastre, der indeholder koagulationsfaktorer, der hjælper blodet til at størkne af sig selv. Det tager dog flere minutter at danne en forsegling og virker ikke altid på kraftigt blødende sår.
Zhaos laboratorium har været forpligtet til at løse dette problem i mange år. I 2019 udviklede hans team et dobbeltsidet vævstape og viste, at det kan bruges til at lukke kirurgiske snit. Denne tape er inspireret af det klæbrige materiale, der bruges af edderkopper til at fange bytte under fugtige forhold. Den indeholder ladede polysaccharider, der næsten øjeblikkeligt kan absorbere vand fra overfladen, og fjerne små tørre pletter, som limen kan klæbe til.
Til deres nye vævslim hentede forskerne igen inspiration fra naturen. Denne gang fokuserede de deres opmærksomhed på havmuslinger, som er små krebsdyr knyttet til andre dyr såsom sten, bådskrog og endda hvaler. Disse overflader er fugtige og normalt meget snavsede - disse forhold gør vedhæftning vanskelig.
"Det her fangede vores opmærksomhed," sagde Yuk. "Dette er meget interessant, for for at forsegle det blødende væv skal man ikke kun håndtere fugten, men også forureningen af det blod, der strømmer ud. Vi fandt ud af, at dette væsen, der lever i havmiljøet, gør præcis det samme, som vi skal gøre for at håndtere det. Komplekse blødningsproblemer."
Forskeres analyse af bramgummi viser, at det har en unik sammensætning. De klæbrige proteinmolekyler, der hjælper havbarken med at sætte sig på overfladen, er suspenderet i en slags olie, som kan afvise vand og eventuelle forurenende stoffer, der findes på overfladen, så det klæbrige protein sidder godt fast på overfladen.
MIT-teamet besluttede at prøve at efterligne denne lim ved at justere det klæbemiddel, de tidligere havde udviklet. Dette viskøse materiale består af en polymer kaldet poly(acrylsyre), hvori en organisk forbindelse kaldet NHS-ester er indlejret for at give vedhæftning, mens chitosan er et sukker, der forstærker materialet. Forskere fryser flager af dette materiale, maler dem til partikler og suspenderer derefter disse partikler i medicinsk silikoneolie.
Når den resulterende pasta påføres en våd overflade (såsom væv dækket med blod), vil olien afvise blod og andre stoffer, der kan være til stede, hvilket får de viskøse partikler til at tværbinde og danne en tæt forsegling på såret. Forskeres test på mus viste, at inden for 15 til 30 sekunder efter påføring af limen, forsigtigt påført tryk, størknede limen og stoppede med at bløde.
Forskerne sagde, at sammenlignet med den dobbeltsidede tape designet af forskerne i 2019, er en fordel ved dette nye materiale, at pastaen kan støbes, så den passer til uregelmæssige sår, og tapen kan være mere egnet til forseglingskirurgi Lav et snit eller fastgør et medicinsk udstyr til vævet. "Den formbare pasta kan flyde ind i og passe til enhver uregelmæssig form og forsegling," sagde Wu. "Dette giver brugerne mulighed for frit at tilpasse sig forskellige uregelmæssigt formede blødende sår."
I test udført på grise fandt Nabzdyk og hans kolleger på Mayo Clinic ud af, at denne lim kan stoppe blødning hurtigt, og at den virker hurtigere og mere effektivt end det kommercielt tilgængelige hæmostatiske middel, de sammenlignede. Det kan endda virke, når man giver grise en kraftig blodfortynder (heparin), så blodet ikke spontant danner koagler.
Deres forskning viser, at forseglingen forbliver intakt i flere uger, hvilket giver tid til, at vævet heler af sig selv, og limen forårsager lidt betændelse, svarende til inflammationen forårsaget af de hæmostatiske midler, der i øjeblikket anvendes. Limen vil langsomt blive absorberet i kroppen i løbet af få måneder. Hvis kirurgen skal reparere såret efter den første påføring, kan det også fjernes på forhånd ved at bruge en opløsning, der opløser det.
Forskerne planlægger nu at teste limen på større sår, og de håber, at det vil bevise, at limen kan bruges til at behandle traumer. De forestillede sig også, at det kunne være nyttigt under operationen, hvilket normalt kræver, at kirurgen bruger meget tid på at kontrollere blødning.
"Vi er teknisk set i stand til at udføre mange komplekse operationer, men vores evne til hurtigt at kontrollere særlig alvorlige blødninger er ikke rigtig forbedret," sagde Nabzdyk.
En anden mulig anvendelse er at hjælpe med at stoppe blødning. Disse patienter har plastikrør indsat i deres blodkar, såsom dem, der bruges til arterielle eller centrale venekatetre eller ekstrakorporal membraniltning (ECMO). Under ECMO bruges en maskine til at pumpe patientens blod ud af kroppen for at ilte det. Det bruges til at behandle mennesker med alvorlig hjerte- eller lungesvigt. Røret er normalt indsat i flere uger eller måneder, og blødning på indføringsstedet kan forårsage infektion.
Reference: "Paste inspireret af bramgummi til hurtig og koagulationsuafhængig hæmostatisk forsegling" Forfattere: Hyunwoo Yuk, Jingjing Wu, Tiffany L. Sarrafian, Xinyu Mao, Claudia E. Varela, Ellen T. Roche, Leigh G. Griffiths, Christoph S . Nabzdyk og Xuanhe Zhao, 9. august 2021, Nature Biomedical Engineering.DOI: 10.1038/s41551-021-00769-y
Forskerne har modtaget midler fra MIT Deshpande Center for at hjælpe dem med at kommercialisere limen, som de håber at opnå efter yderligere prækliniske undersøgelser af dyremodeller. Forskningen modtog også finansiering fra National Institutes of Health, National Science Foundation og Office of Army Research gennem Soldier Nanotechnology Institute ved Massachusetts Institute of Technology og Zoll Foundation.
Venligst, komcialiser det så hurtigt som muligt. Min kone forseglede mit sår med lim. Stik som helvede. Nå, måske er jeg en baby, som hun sagde hver gang hun søgte.
SciTechDaily: Det bedste hjem for videnskabs- og teknologinyheder siden 1998. Hold dig opdateret med de seneste teknologinyheder via e-mail eller sociale medier.
Undersøgelsen af 6,2 millioner patienter udført af Kaiser Permanente og CDC-forskere vil fortsætte i 2 år. Forskere fra de føderale og Cæsars medicinske institutioner gennemsøger sundhedsjournaler ...
Indlægstid: 09-09-2021