Химики из Гарварда создали необычный клей, который липнет к мокрым поверхностям и позволяет склеивать практически любые ткани организма человека, в том числе и поврежденную сердечную мышцу, говорится в статье, опубликованной в журнале Science.
«Природа часто предлагает нам элегантные пути решения обыденных проблем. Главное понимать, где нужно искать эти решения и как их можно увидеть на фоне всего остального. Мы крайне рады тому, что эта технология, родоначальником которой послужила скромная улитка, может стать основой для новых методик лечения ран и проведения хирургических операций», — рассказывает Дональд Ингбер (Donald Ingber) из Гарвардского университета (США).
Подсказка от природы
Одной из главных проблем для хирургов в операционных залах и для военных на поле боя является то, что все существующие методы остановки кровотечений и ликвидации ран имеют большие недостатки. К примеру, «сшивание» раны хирургическими нитками требует большого количества времени, а обычный супер-клей, самое удобное и надежное средство для склеивания ран, является очень токсичным и хрупким материалом.
В последние годы ученые возлагали большие надежды на синтетические аналоги клея ракушек, при помощи которого они прикрепляются к скалам. Это вещество хорошо работает под водой, однако сила его оказалась слишком небольшой для того, чтобы склеивать порванные хрящи, связки, мышцы и другие органы.
В среднем, «клей моллюсков» и другие клеевые составы, безопасные для организма, удерживают склеенные поверхности примерно в 80−100 раз хуже, чем хрящи и соединительная ткань. Это делает их абсолютно бесполезными для проведения операций, так как склеенные ими раны или кости будут постоянно открываться или ломаться при совершении резких движений.
Подобные соображения вынудили Дэвида Муни (David Mooney) и его коллег искать другие способы создания новой версии биологического «суперклея», совместимой с живыми тканями и при этом обладающей и высокой прочностью, и способной переносить многократные изгибы и растягивания.
Решение этой проблемы было найдено учеными внутри сухопутного слизня Arion subfuscus, живущего в лесах и на полях Западной и Центральной Европы. Этот слизень, как рассказывают химики, вырабатывает особую клейкую субстанцию, которая не растворяется в воде и хорошо прилипает к поверхности даже самых мокрых листьев, грибов и грунта. Подобный «супер-клей» помогает слизню выживать, так как хищники просто не могут «отлепить» его от поверхности, к которой он прицепился.
Заплатка для сердца
Этот клей, как рассказывают ученые, состоит из множества длинных белковых цепочек, заряженных отрицательно, а также множества коротких молекул белков, заряженных положительно и связывающих между собой длинные звенья.
Руководствуясь этой идеей, ученые создали искусственный аналог этого биоклея, используя алгинаты, длинные сахаристые волокна, извлеченные из водорослей, гидрогель на их основе и набор из положительно заряженных молекул и ионов, скреплявших нити.
Пластырь или заплатка из этого материала, как рассказывает Муни, приклеивается к поверхности кожи и прочих тканей тела тремя разными путями, формируя как прочные ковалентные связи, так и относительно слабые ионные и водородные связи. Сила этих связей, по словам ученых, была выше аналогичного параметра для связок и хрящей.
Нити алгината в данном случае исполняют сразу несколько ролей — они участвуют в формировании самых прочных связей и рассеивают энергию при растягивании или сжатии пластыря, или склеенной поверхности. Благодаря им, как показали опыты ученых, подобный пластырь можно растянуть в 14 раз и не повредить его, что выгодно отличает подобный клей от обычного суперклея и его более безопасных аналогов.
Его работу гарвардские химики проверили в самых разных условиях, склеивая разорванные мускулы крыс, кожу свиней, а также заклеив дыру в еще живом сердце поросенка, через который ученые прокачивали кровь на протяжении нескольких десятков минут. Дальнейшие опыты показали, что подобные «заплатки» не вызывают раздражения, некроза и других негативных последствий при их имплантации внутрь тела на протяжении нескольких недель.
Этот материал, как предполагают ученые, можно использовать и для других целей — создания «липких» роботов и специальных капсул, которые могли бы прикрепляться к определенным точкам внутри организма и постепенно высвобождать лекарство.
