MIT-ingenieurs ontwierpen een krachtige, biocompatibele lijm die gewond weefsel kan afdichten en bloeden kan stoppen, geïnspireerd door de kleverige substantie die zeepokken gebruiken om aan rotsen te kleven. Krediet: stockfoto's
Een nieuwe lijm die de kleverige substantie nabootst die door zeepokken wordt gebruikt om aan rotsen te kleven, kan een betere manier zijn om trauma te behandelen.
Geïnspireerd door de kleverige substantie die zeepokken gebruiken om aan rotsen te kleven, ontwierpen MIT-ingenieurs een krachtige biocompatibele lijm die gewond weefsel kan afsluiten en het bloeden kan stoppen.
Zelfs als het oppervlak bedekt is met bloed, kan deze nieuwe pasta zich aan het oppervlak hechten en binnen ongeveer 15 seconden na het aanbrengen een goede afdichting vormen. Onderzoekers zeggen dat deze lijm een effectievere manier kan zijn om trauma te behandelen en bloedingen tijdens operaties onder controle te houden.
"We lossen het probleem van adhesie op in een uitdagende omgeving, dat wil zeggen de vochtige, dynamische omgeving van menselijke weefsels. Tegelijkertijd proberen we deze basiskennis om te zetten in echte producten die levens kunnen redden', zegt MIT Machinery Zhao Xuanhe, een professor in engineering en civiele en milieutechniek en een van de senior auteurs van het onderzoek.
Christoph Nabzdyk is hartanesthesioloog en intensive care-arts in de Mayo Clinic in Rochester, Minnesota, en de senior auteur van het artikel, dat op 9 augustus 2021 in Nature Biomedical Engineering werd gepubliceerd. MIT-onderzoeker Hyunwoo Yuk en postdoctoraal fellow Jingjing Wu zijn de hoofdauteurs van het onderzoek.
Onderzoeksgroep: Hyunwoo Yuk, Jingjing Wu, Xuanhe Zhao (van links naar rechts), met zeepokkenschelp en hemostatische zalf van zeepokkengom. Krediet: verstrekt door onderzoeker
Het vinden van een manier om het bloeden te stoppen is een al lang bestaand probleem, maar het is nog niet volledig opgelost, zei Zhao. Hechtingen worden meestal gebruikt om wonden te sluiten, maar hechtingen zijn een tijdrovend proces dat eerstehulpverleners in een noodgeval meestal niet kunnen doen. Bij soldaten is bloedverlies de belangrijkste doodsoorzaak na een trauma, terwijl in de algemene bevolking bloedverlies de tweede belangrijkste doodsoorzaak is na een trauma.
De laatste jaren zijn er enkele materialen op de markt die het bloeden kunnen stoppen, ook wel hemostatica genoemd. Veel van deze bestaan uit pleisters die stollingsfactoren bevatten die op zichzelf de bloedstolling helpen. Deze hebben echter enkele minuten nodig om een afdichting te vormen en werken niet altijd bij hevig bloedende wonden.
Het laboratorium van Zhao zet zich al jaren in om dit probleem op te lossen. In 2019 ontwikkelde zijn team een dubbelzijdige tissuetape en toonde aan dat hiermee chirurgische incisies kunnen worden gesloten. Deze tape is geïnspireerd op het kleverige materiaal dat spinnen gebruiken om prooien te vangen in vochtige omstandigheden. Het bevat geladen polysachariden die bijna onmiddellijk water van het oppervlak kunnen opnemen en kleine droge plekjes verwijderen waar lijm aan kan kleven.
Voor hun nieuwe weefsellijm lieten de onderzoekers zich wederom inspireren door de natuur. Deze keer richtten ze hun aandacht op zeepokken, dit zijn kleine kreeftachtigen die zich hechten aan andere dieren zoals rotsen, bootrompen en zelfs walvissen. Deze oppervlakken zijn vochtig en meestal erg vuil - deze omstandigheden maken de hechting moeilijk.
"Dit trok onze aandacht," zei Yuk. “Dat is heel interessant, want om het bloedende weefsel af te dichten, heb je niet alleen te maken met het vocht, maar ook met de vervuiling van het uitstromende bloed. We ontdekten dat dit wezen dat in het mariene milieu leeft, precies hetzelfde doet als wat wij moeten doen om ermee om te gaan. Complexe bloedingsproblemen.”
De analyse van onderzoekers van zeepokken laat zien dat het een unieke samenstelling heeft. De kleverige eiwitmoleculen die de zeepokken aan het oppervlak helpen hechten, zijn gesuspendeerd in een soort olie, die water en eventuele verontreinigingen op het oppervlak kan afstoten, zodat het kleverige eiwit stevig aan het oppervlak hecht.
Het MIT-team besloot deze lijm te imiteren door de eerder ontwikkelde lijm aan te passen. Dit stroperige materiaal bestaat uit een polymeer genaamd poly(acrylzuur) waarin een organische verbinding genaamd NHS-ester is ingebed om voor hechting te zorgen, terwijl chitosan een suiker is die het materiaal versterkt. Onderzoekers bevriezen vlokken van dit materiaal, vermalen ze tot deeltjes en suspenderen deze deeltjes vervolgens in siliconenolie van medische kwaliteit.
Wanneer de resulterende pasta wordt aangebracht op een nat oppervlak (zoals weefsel bedekt met bloed), zal de olie bloed en andere aanwezige stoffen afstoten, waardoor de viskeuze deeltjes verknopen en een goede afdichting op de wond vormen. Uit tests van onderzoekers op muizen bleek dat binnen 15 tot 30 seconden na het aanbrengen van de lijm, zachtjes druk uitoefenend, de lijm stolde en stopte met bloeden.
De onderzoekers zeiden dat in vergelijking met de dubbelzijdige tape die de onderzoekers in 2019 hebben ontworpen, een voordeel van dit nieuwe materiaal is dat de pasta kan worden gevormd om op onregelmatige wonden te passen, en de tape kan meer geschikt zijn voor afdichtingschirurgie. Maak een incisie of bevestig een medisch hulpmiddel aan het weefsel. "De vormbare pasta kan in elke onregelmatige vorm en afdichting vloeien en passen", zei Wu. "Hierdoor kunnen gebruikers zich vrij aanpassen aan verschillende onregelmatig gevormde bloedende wonden."
In tests op varkens ontdekten Nabzdyk en zijn collega's van de Mayo Clinic dat deze lijm snel kan stoppen met bloeden en dat het sneller en effectiever werkt dan het in de handel verkrijgbare hemostatische middel dat ze vergeleken. Het kan zelfs werken bij het geven van een krachtige bloedverdunner (heparine) aan varkens, zodat het bloed niet spontaan stolt.
Uit hun onderzoek blijkt dat de verzegeling enkele weken intact blijft, waardoor het weefsel de tijd krijgt om vanzelf te genezen, en de lijm veroorzaakt weinig ontstekingen, vergelijkbaar met de ontsteking die wordt veroorzaakt door de hemostatische middelen die momenteel worden gebruikt. De lijm zal binnen enkele maanden langzaam in het lichaam worden opgenomen. Als de chirurg de wond na de eerste toepassing moet herstellen, kan deze ook vooraf worden verwijderd met een oplossing die de wond oplost.
De onderzoekers zijn nu van plan om de lijm te testen op grotere wonden, en ze hopen dat dit zal bewijzen dat de lijm kan worden gebruikt om trauma te behandelen. Ze stelden zich ook voor dat het nuttig zou kunnen zijn tijdens operaties, waarbij de chirurg meestal veel tijd moet besteden aan het beheersen van bloedingen.
"We zijn technisch in staat om veel complexe operaties uit te voeren, maar ons vermogen om bijzonder ernstige bloedingen snel onder controle te krijgen, is niet echt verbeterd", zei Nabzdyk.
Een andere mogelijke toepassing is om het bloeden te helpen stoppen. Deze patiënten hebben plastic buisjes in hun bloedvaten, zoals die worden gebruikt voor arteriële of centraal veneuze katheters of extracorporale membraanoxygenatie (ECMO). Tijdens ECMO wordt een machine gebruikt om het bloed van de patiënt uit het lichaam te pompen om het van zuurstof te voorzien. Het wordt gebruikt voor de behandeling van mensen met ernstig hart- of longfalen. De buis wordt meestal enkele weken of maanden ingebracht en een bloeding op de inbrengplaats kan een infectie veroorzaken.
Referentie: "Pasta geïnspireerd door zeepokkengom voor snelle en coagulatie-onafhankelijke hemostatische afdichting" Auteurs: Hyunwoo Yuk, Jingjing Wu, Tiffany L. Sarrafian, Xinyu Mao, Claudia E. Varela, Ellen T. Roche, Leigh G. Griffiths, Christoph S Nabzdyk en Xuanhe Zhao, 9 augustus 2021, Nature Biomedical Engineering.DOI: 10.1038/s41551-021-00769-y
De onderzoekers hebben financiering ontvangen van het MIT Deshpande Center om hen te helpen de lijm te commercialiseren, wat ze hopen te bereiken na aanvullende preklinische studies op diermodellen. Het onderzoek ontving ook financiering van de National Institutes of Health, de National Science Foundation en het Office of Army Research via het Soldier Nanotechnology Institute van het Massachusetts Institute of Technology en de Zoll Foundation.
Alsjeblieft, commercialiseer het alsjeblieft zo snel mogelijk. Mijn vrouw verzegelde mijn wond met lijm. Steek als de hel. Nou, misschien ben ik een baby, zoals ze elke keer zei als ze solliciteerde.
SciTechDaily: Het beste nieuws over wetenschap en technologie sinds 1998. Blijf op de hoogte van het laatste technologienieuws via e-mail of sociale media.
De studie van 6,2 miljoen patiënten door Kaiser Permanente en CDC-onderzoekers zal 2 jaar duren. Onderzoekers van de Federale en Caesars Medical Institutions kammen door gezondheidsdossiers...
Posttijd: september-09-2021