MIT-ingenjörer designade ett kraftfullt, biokompatibelt lim som kan täta skadad vävnad och stoppa blödning, inspirerat av det klibbiga ämne som havstulpaner använder för att hålla sig till stenar. Kredit: stockfoton
Ett nytt lim som efterliknar det klibbiga ämne som används av havstulpaner för att hålla fast vid stenar kan ge ett bättre sätt att behandla trauma.
Inspirerad av det klibbiga ämne som havstulpaner använder för att hålla sig till stenar, designade MIT-ingenjörer ett kraftfullt biokompatibelt lim som kan täta skadad vävnad och stoppa blödning.
Även om ytan är täckt av blod kan denna nya pasta fästa på ytan och kan bilda en tät försegling inom cirka 15 sekunder efter applicering. Forskare säger att detta lim kan ge ett mer effektivt sätt att behandla trauma och hjälpa till att kontrollera blödningar under operationen.
"Vi löser problemet med vidhäftning i en utmanande miljö, det vill säga den fuktiga, dynamiska miljön i mänskliga vävnader. Samtidigt försöker vi omvandla denna grundläggande kunskap till riktiga produkter som kan rädda liv, säger MIT Machinery Zhao Xuanhe, professor i teknik och civil- och miljöteknik och en av de seniora författarna till studien.
Christoph Nabzdyk är hjärtanestesiolog och intensivvårdsläkare vid Mayo Clinic i Rochester, Minnesota, och seniorförfattaren till artikeln, som publicerades i Nature Biomedical Engineering den 9 augusti 2021. MIT-forskaren Hyunwoo Yuk och postdoktor Jingjing Wu är huvudförfattarna till studien.
Forskargrupp: Hyunwoo Yuk, Jingjing Wu, Xuanhe Zhao (från vänster till höger), med havstulpanskal och havstulpan tuggummi hemostatisk salva i sina händer. Kredit: Tillhandahålls av forskare
Att hitta ett sätt att stoppa blödning är ett långvarigt problem, men det har ännu inte lösts helt, sa Zhao. Suturer används vanligtvis för att stänga sår, men suturer är en tidskrävande process som räddningspersonal vanligtvis inte kan göra i en nödsituation. Bland soldater är blodförlust den vanligaste dödsorsaken efter trauma, medan blodförlust i allmänhet är den näst vanligaste dödsorsaken efter trauma.
På senare år har vissa material som kan stoppa blödningar, även kallade hemostatiska medel, funnits på marknaden. Många av dessa består av plåster som innehåller koagulationsfaktorer som hjälper blodet att koagulera på egen hand. Dessa tar dock flera minuter att bilda en tätning och fungerar inte alltid på kraftigt blödande sår.
Zhaos laboratorium har engagerat sig i att lösa detta problem i många år. Under 2019 utvecklade hans team en dubbelsidig vävnadstejp och visade att den kan användas för att stänga kirurgiska snitt. Denna tejp är inspirerad av det klibbiga material som används av spindlar för att fånga bytesdjur under fuktiga förhållanden. Den innehåller laddade polysackarider som kan absorbera vatten från ytan nästan omedelbart och tar bort små torra fläckar som lim kan fastna på.
Till sitt nya vävnadslim hämtade forskarna återigen inspiration från naturen. Den här gången fokuserade de sin uppmärksamhet på havstulpaner, som är små kräftdjur fästa vid andra djur som stenar, båtskrov och till och med valar. Dessa ytor är fuktiga och vanligtvis mycket smutsiga - dessa förhållanden gör vidhäftningen svår.
"Detta fångade vår uppmärksamhet," sa Yuk. "Detta är mycket intressant, för för att försegla den blödande vävnaden måste du hantera inte bara fukten utan också föroreningen av blodet som rinner ut. Vi upptäckte att denna varelse som lever i den marina miljön gör exakt samma sak som vi måste göra för att hantera den. Komplexa blödningsproblem."
Forskarnas analys av havstulpangummi visar att det har en unik sammansättning. De klibbiga proteinmolekylerna som hjälper havstulpan att fästa på ytan är suspenderade i en sorts olja, som kan stöta bort vatten och eventuella föroreningar som finns på ytan, så att det klibbiga proteinet sitter ordentligt fast på ytan.
MIT-teamet bestämde sig för att försöka imitera detta lim genom att justera limmet som de tidigare utvecklat. Detta viskösa material består av en polymer som kallas poly(akrylsyra) i vilken en organisk förening som kallas NHS-ester är inbäddad för att ge vidhäftning, medan kitosan är ett socker som förstärker materialet. Forskare fryser flingor av detta material, mal dem till partiklar och suspenderar sedan dessa partiklar i medicinsk silikonolja.
När den resulterande pastan appliceras på en våt yta (som vävnad täckt med blod), kommer oljan att stöta bort blod och andra ämnen som kan vara närvarande, vilket gör att de trögflytande partiklarna tvärbinds och bildar en tät tätning på såret. Forskarnas tester på möss visade att limmet stelnade och slutade blöda inom 15 till 30 sekunder efter applicering av limmet, försiktigt med tryck.
Forskarna sa att jämfört med den dubbelsidiga tejpen som designades av forskarna 2019, är en fördel med detta nya material att pastan kan formas för att passa oregelbundna sår, och tejpen kan vara mer lämpad för förseglingskirurgi Gör ett snitt eller fästa en medicinsk anordning på vävnaden. "Den formbara pastan kan flyta in i och passa vilken oregelbunden form och tätning som helst," sa Wu. "Detta tillåter användare att fritt anpassa sig till olika oregelbundet formade blödande sår."
I tester som utfördes på grisar fann Nabzdyk och hans kollegor vid Mayo Clinic att detta lim kan stoppa blödningen snabbt och att det fungerar snabbare och mer effektivt än det kommersiellt tillgängliga hemostatiska medlet de jämförde. Det kan till och med fungera när man ger grisar ett kraftfullt blodförtunnande medel (heparin) så att blodet inte bildas spontant.
Deras forskning visar att tätningen förblir intakt i flera veckor, vilket ger tid för vävnaden att läka av sig själv, och limmet orsakar lite inflammation, liknande inflammationen som orsakas av de hemostatiska medel som för närvarande används. Limmet kommer långsamt att absorberas i kroppen inom några månader. Om kirurgen behöver reparera såret efter den första appliceringen kan det också tas bort i förväg genom att använda en lösning som löser upp det.
Forskarna planerar nu att testa limmet på större sår, och de hoppas att detta ska bevisa att limmet kan användas för att behandla trauma. De föreställde sig också att det kan vara användbart under operationen, vilket vanligtvis kräver att kirurgen spenderar mycket tid på att kontrollera blödningen.
"Vi är tekniskt kapabla att utföra många komplexa operationer, men vår förmåga att snabbt kontrollera särskilt allvarliga blödningar har inte riktigt förbättrats," sa Nabzdyk.
En annan möjlig tillämpning är att hjälpa till att stoppa blödningar. Dessa patienter har plaströr insatta i sina blodkärl, till exempel de som används för arteriella eller centrala venkatetrar eller extrakorporeal membransyresättning (ECMO). Under ECMO används en maskin för att pumpa ut patientens blod ur kroppen för att syresätta det. Det används för att behandla personer med allvarlig hjärt- eller lungsvikt. Röret sätts vanligtvis in i flera veckor eller månader, och blödning vid insättningsstället kan orsaka infektion.
Referens: "Klistera inspirerad av havstulpangummi för snabb och koagulationsoberoende hemostatisk försegling" Författare: Hyunwoo Yuk, Jingjing Wu, Tiffany L. Sarrafian, Xinyu Mao, Claudia E. Varela, Ellen T. Roche, Leigh G. Griffiths, Christoph S . Nabzdyk och Xuanhe Zhao, 9 augusti 2021, Nature Biomedical Engineering.DOI: 10.1038/s41551-021-00769-y
Forskarna har fått finansiering från MIT Deshpande Center för att hjälpa dem att kommersialisera limmet, vilket de hoppas kunna uppnå efter ytterligare prekliniska studier på djurmodeller. Forskningen fick också finansiering från National Institutes of Health, National Science Foundation och Office of Army Research genom Soldier Nanotechnology Institute vid Massachusetts Institute of Technology och Zoll Foundation.
Snälla, vänligen kommersialisera den så snart som möjligt. Min fru förseglade mitt sår med lim. Stick som fan. Tja, jag kanske är en bebis, som hon sa varje gång hon sökte.
SciTechDaily: Det bästa hemmet för vetenskap och tekniknyheter sedan 1998. Håll dig uppdaterad med de senaste tekniknyheterna via e-post eller sociala medier.
Studien av 6,2 miljoner patienter av Kaiser Permanente och CDC-forskare kommer att fortsätta i två år. Forskare från Federal and Caesars Medical Institutions söker igenom hälsojournaler...
Posttid: 2021-09-09