Sticky when wet: Sterke lijm voor wondgenezing

Slug-ge´nspireerde, flexibele medische bio-lijm plakt op natte oppervlakken zonder toxiciteit

WYSS INSTITUTE FOR BIOLOGICALLY INSPIRED INGENEERING HARVARD (CAMBRIDGE, Mass.) - Iedereen die ooit een verband/pleister heeft geprobeerd als de huid vochtig is, weet dat het frustrerend kan zijn. Natte huid is niet de enige uitdaging voor medische lijmen - het menselijk lichaam is vol bloed, serum en andere vloeistoffen die de reparatie van talrijke inwendige letsels compliceren. Veel van de lijmproducten die vandaag worden gebruikt, zijn giftig voor cellen, onbuigzaam als ze drogen, en binden niet sterk aan biologisch weefsel.

Een team van onderzoekers van het Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering en de John A. Paulson School of Engineering en Technische Wetenschappen (SEAS) aan de Harvard University heeft een super sterke "harde kleefstof" gecreŰerd die biocompatibel is en bindt aan weefsels met een sterkte vergelijkbaar met het veerkrachtige kraakbeen van het lichaam, zelfs als het nat is. "Het belangrijkste kenmerk van ons materiaal is de combinatie van een zeer sterke kleefkracht en het vermogen om spanning over te dragen en te verspreiden, die historisch niet in ÚÚn lijm zijn ge´ntegreerd", zegt de bijbehorende auteur Dave Mooney, Ph.D.

Een oprichter van het Core Faculty in het Wyss Institute en de Robert P. Pinkas Family Professor Bioengineering bij SEAS. Het onderzoek is gerapporteerd in deze week's kwestie van wetenschap. Als eerste auteur Jianyu Li, Ph.D. (Voormalig postdoctoraal genoot bij het Wyss-instituut en nu assistent-professor aan de universiteit van McGill) begon te denken over het verbeteren van medische lijmen, vond hij een oplossing op een onwaarschijnlijke plaats: een slak.

De Dusky Arion (Arion subfuscus), vindbaar in Europa en delen van de Verenigde Staten, scheidt een speciaal soort slijm uit wanneer het bedreigd wordt, dat het op zijn plaats lijmt, waardoor een roofdier hem moeilijk van het oppervlak kan ontdoen. Deze lijm werd eerder samengesteld uit een harde matrix die geperst werd met positief geladen eiwitten, die Li en zijn collega's ge´nspireerd hebben om een ​​dubbellaagige hydrogel te vormen die bestaat uit een alginaat-polyacrylamide matrix die een kleeflaag ondersteunt die positief geladen polymeren uitsteekt van het oppervlak ervan.

De polymeren binden aan biologische weefsels via drie mechanismen - elektrostatische aantrekkingskracht op negatief geladen celoppervlakken, covalente bindingen tussen naburige atomen en fysieke interpenetratie - waardoor het lijm extreem sterk wordt. Maar de matrixlaag is even belangrijk, zegt Li: "De meeste eerdere materiaalontwerpen hebben zich alleen gericht op de interface tussen het weefsel en het lijm. Onze kleefstof kan energie door de matrixlaag verspreiden, waardoor het veel meer kan vervormen door te breken."

Het ontwerp van het team voor de matrixlaag bevat calciumionen die aan de alginaathydrogel zijn gebonden via ionische bindingen. Wanneer er spanning op het lijm wordt aangebracht, breken deze "sacrifice" ionische bindingen eerst af, waardoor de matrix een grote hoeveelheid energie absorbeert voordat de structuur wordt gecompromitteerd.

Bij experimentele tests was meer dan drie keer de energie nodig om de binding van de harde lijm te verstoren in vergelijking met andere medische lijmen, en wanneer het brak, was het niet de hydrogel zelf, niet de binding tussen het lijm en het weefsel. Een ongekend niveau van gelijktijdige hoge hechtingssterkte en matrix taaiheid.

De onderzoekers hebben hun lijm getest op een verscheidenheid aan zowel droge als natte varkensweefsels, waaronder huid, kraakbeen, hart, slagader en lever, en vonden dat het aanzienlijk meer gebonden was dan andere medische lijmen.

De stevige kleefstof handhaafde ook zijn stabiliteit en binding tijdens twee weken toen het in ratten ge´mplanteerd was of wanneer een gat in een varkenshart werd afgesloten dat mechanisch opgeblazen en ontlucht werd en vervolgens onderworpen was aan tienduizenden cycli van uitrekken.

Bovendien heeft het geen weefselschade of adhesies veroorzaakt aan omringende weefsels bij toepassing van een leverbloeding bij muizen - bijwerkingen die waargenomen werden met zowel superlijm als een commercieel trombine-gebaseerde lijm. Zo'n hoogwaardig materiaal heeft talrijke potentiŰle toepassingen op het medisch gebied, ofwel als een pleister die kan worden gesneden naar gewenste maten en toegepast op weefseloppervlakken of als een injecteerbare oplossing voor dieper letsel.

Het kan ook gebruikt worden om medische hulpmiddelen aan hun doelconstructies te bevestigen, zoals een actuator ter ondersteuning van de hartfunctie. "Deze familie van zware lijmen heeft veel toepassingen," zegt mede-auteur Adam Celiz, Ph.D., die nu een docent is aan de afdeling bioengineering, Imperial College London. "We kunnen deze lijmen uit biologisch afbreekbare materialen maken, zodat ze ontleden wanneer ze hun doel hebben gediend.

We kunnen zelfs deze technologie combineren met zachte robotica om sticky robots te maken, of met medicijnen om een ​​nieuw voertuig voor medicatie afgifte te maken."

"De natuur heeft vaak al veel elegante oplossingen voor veelvoorkomende problemen gevonden, het is een kwestie om te weten waar je een goed idee moet zien en herkennen wanneer je het ziet", zegt Wyss Founding Director Donald Ingber, die ook de Juda Folkman Professor in Vasculaire Biologie bij Harvard is. Medische School en het Vasculaire Biologie Programma in het Boston Children's Hospital, evenals een professor Bioengineering aan de Harvard School of Engineering and Applied Sciences. "We zijn enthousiast om te zien hoe deze technologie, ge´nspireerd door een bescheiden slak, kan ontwikkelen tot een nieuwe technologie voor chirurgische reparatie en wondgenezing."

Vertaling: Gea Weel


Naar het overige nieuws en artikelen van vandaag


Omega 3 algen

Multivitamine

Spirulina

Probiotica