Οι μηχανικοί του MIT σχεδίασαν μια ισχυρή, βιοσυμβατή κόλλα που μπορεί να σφραγίσει τον τραυματισμένο ιστό και να σταματήσει την αιμορραγία, εμπνευσμένοι από την κολλώδη ουσία που χρησιμοποιούν τα βαρέλια για να κολλήσουν στους βράχους. Πίστωση: στοκ φωτογραφίες
Μια νέα κόλλα που μιμείται την κολλώδη ουσία που χρησιμοποιούν οι βαρέλιοι για να κολλήσουν στους βράχους μπορεί να προσφέρει έναν καλύτερο τρόπο για τη θεραπεία του τραύματος.
Εμπνευσμένοι από την κολλώδη ουσία που χρησιμοποιούν τα βαρέλια για να κολλήσουν στα βράχια, οι μηχανικοί του MIT σχεδίασαν μια ισχυρή βιοσυμβατή κόλλα που μπορεί να σφραγίσει τον τραυματισμένο ιστό και να σταματήσει την αιμορραγία.
Ακόμα κι αν η επιφάνεια καλύπτεται από αίμα, αυτή η νέα πάστα μπορεί να προσκολληθεί στην επιφάνεια και μπορεί να σχηματίσει μια σφιχτή σφράγιση μέσα σε περίπου 15 δευτερόλεπτα μετά την εφαρμογή. Οι ερευνητές λένε ότι αυτή η κόλλα μπορεί να προσφέρει έναν πιο αποτελεσματικό τρόπο για τη θεραπεία του τραύματος και να βοηθήσει στον έλεγχο της αιμορραγίας κατά τη διάρκεια της χειρουργικής επέμβασης.
«Λύνουμε το πρόβλημα της πρόσφυσης σε ένα περιβάλλον πρόκλησης, δηλαδή στο υγρό, δυναμικό περιβάλλον των ανθρώπινων ιστών. Ταυτόχρονα, προσπαθούμε να μετατρέψουμε αυτές τις βασικές γνώσεις σε πραγματικά προϊόντα που μπορούν να σώσουν ζωές», δήλωσε ο Zhao Xuanhe, καθηγητής μηχανικής και πολιτικών και περιβαλλοντικών μηχανικών και ένας από τους ανώτερους συγγραφείς της μελέτης, το MIT Machinery.
Ο Christoph Nabzdyk είναι καρδιακός αναισθησιολόγος και ιατρός εντατικής θεραπείας στην κλινική Mayo στο Ρότσεστερ της Μινεσότα και ο ανώτερος συγγραφέας της εργασίας, η οποία δημοσιεύτηκε στο Nature Biomedical Engineering στις 9 Αυγούστου 2021. Ο ερευνητής του MIT Hyunwoo Yuk και ο μεταδιδακτορικός συνεργάτης Jingjingu είναι οι κύριοι συγγραφείς της μελέτης.
Ερευνητική ομάδα: Hyunwoo Yuk, Jingjing Wu, Xuanhe Zhao (από αριστερά προς τα δεξιά), κρατώντας στα χέρια τους το κέλυφος και την αιμοστατική αλοιφή τσίχλας barnacle. Πίστωση: Παρέχεται από ερευνητή
Η εύρεση τρόπου για να σταματήσει η αιμορραγία είναι ένα μακροχρόνιο πρόβλημα, αλλά δεν έχει ακόμη επιλυθεί πλήρως, είπε ο Zhao. Τα ράμματα χρησιμοποιούνται συνήθως για το κλείσιμο των πληγών, αλλά τα ράμματα είναι μια χρονοβόρα διαδικασία που συνήθως δεν μπορούν να κάνουν οι πρώτοι ανταποκριτές σε περίπτωση έκτακτης ανάγκης. Στους στρατιώτες, η απώλεια αίματος είναι η κύρια αιτία θανάτου μετά το τραύμα, ενώ στον γενικό πληθυσμό η απώλεια αίματος είναι η δεύτερη αιτία θανάτου μετά το τραύμα.
Τα τελευταία χρόνια, ορισμένα υλικά που μπορούν να σταματήσουν την αιμορραγία, που ονομάζονται και αιμοστατικοί παράγοντες, έχουν κυκλοφορήσει στην αγορά. Πολλά από αυτά αποτελούνται από επιθέματα που περιέχουν παράγοντες πήξης που βοηθούν στην πήξη του αίματος από μόνα τους. Ωστόσο, αυτά χρειάζονται αρκετά λεπτά για να σχηματίσουν μια σφράγιση και δεν λειτουργούν πάντα σε πληγές με έντονη αιμορραγία.
Το εργαστήριο του Zhao έχει δεσμευτεί να λύσει αυτό το πρόβλημα εδώ και πολλά χρόνια. Το 2019, η ομάδα του ανέπτυξε μια ταινία ιστού διπλής όψης και έδειξε ότι μπορεί να χρησιμοποιηθεί για το κλείσιμο χειρουργικών τομών. Αυτή η ταινία είναι εμπνευσμένη από το κολλώδες υλικό που χρησιμοποιούν οι αράχνες για να πιάσουν θήραμα σε συνθήκες υγρασίας. Περιέχει φορτισμένους πολυσακχαρίτες που μπορούν να απορροφήσουν νερό από την επιφάνεια σχεδόν αμέσως, αφαιρώντας μικρά ξηρά σημεία στα οποία μπορεί να κολλήσει η κόλλα.
Για τη νέα τους κόλλα ιστού, οι ερευνητές άντλησαν και πάλι έμπνευση από τη φύση. Αυτή τη φορά, επικέντρωσαν την προσοχή τους στα βαρέλια, τα οποία είναι μικρά καρκινοειδή που συνδέονται με άλλα ζώα, όπως βράχους, γάστρα σκαφών, ακόμη και φάλαινες. Αυτές οι επιφάνειες είναι υγρές και συνήθως πολύ βρώμικες - αυτές οι συνθήκες δυσκολεύουν την πρόσφυση.
«Αυτό τράβηξε την προσοχή μας», είπε ο Yuk. «Αυτό είναι πολύ ενδιαφέρον, γιατί για να σφραγίσετε τον ιστό που αιμορραγεί, πρέπει να αντιμετωπίσετε όχι μόνο την υγρασία, αλλά και τη ρύπανση του αίματος που ρέει έξω. Βρήκαμε ότι αυτό το πλάσμα που ζει στο θαλάσσιο περιβάλλον κάνει ακριβώς το ίδιο πράγμα που πρέπει να κάνουμε για να το αντιμετωπίσουμε. Σύνθετα προβλήματα αιμορραγίας».
Η ανάλυση των ερευνητών για την τσίχλα barnacle δείχνει ότι έχει μοναδική σύνθεση. Τα μόρια της κολλώδους πρωτεΐνης που βοηθούν τη στεφάνι να προσκολληθεί στην επιφάνεια αιωρούνται σε ένα είδος λαδιού, το οποίο μπορεί να απωθήσει το νερό και τυχόν ρύπους που βρίσκονται στην επιφάνεια, έτσι ώστε η κολλώδης πρωτεΐνη να είναι σταθερά προσκολλημένη στην επιφάνεια.
Η ομάδα του MIT αποφάσισε να προσπαθήσει να μιμηθεί αυτή την κόλλα προσαρμόζοντας την κόλλα που είχαν αναπτύξει προηγουμένως. Αυτό το παχύρρευστο υλικό αποτελείται από ένα πολυμερές που ονομάζεται πολυ(ακρυλικό οξύ) στο οποίο είναι ενσωματωμένη μια οργανική ένωση που ονομάζεται εστέρας NHS για να παρέχει πρόσφυση, ενώ η χιτοζάνη είναι ένα σάκχαρο που ενισχύει το υλικό. Οι ερευνητές παγώνουν τις νιφάδες αυτού του υλικού, τις αλέθουν σε σωματίδια και στη συνέχεια αιωρούν αυτά τα σωματίδια σε λάδι σιλικόνης ιατρικής ποιότητας.
Όταν η προκύπτουσα πάστα εφαρμόζεται σε μια υγρή επιφάνεια (όπως ιστός καλυμμένος με αίμα), το λάδι θα απωθήσει το αίμα και άλλες ουσίες που μπορεί να υπάρχουν, προκαλώντας τη διασταυρούμενη σύνδεση των παχύρρευστων σωματιδίων και τη δημιουργία μιας σφιχτής σφράγισης στο τραύμα. Οι δοκιμές των ερευνητών σε ποντίκια έδειξαν ότι μέσα σε 15 έως 30 δευτερόλεπτα μετά την εφαρμογή της κόλλας, ασκώντας ήπια πίεση, η κόλλα στερεοποιήθηκε και σταμάτησε να αιμορραγεί.
Οι ερευνητές είπαν ότι σε σύγκριση με την ταινία διπλής όψης που σχεδίασαν οι ερευνητές το 2019, ένα πλεονέκτημα αυτού του νέου υλικού είναι ότι η πάστα μπορεί να διαμορφωθεί για να ταιριάζει σε ακανόνιστα τραύματα και η ταινία μπορεί να είναι πιο κατάλληλη για σφράγιση χειρουργικής επέμβασης Κάντε μια τομή ή συνδέστε μια ιατρική συσκευή στον ιστό. "Η χυτεύσιμη πάστα μπορεί να ρέει και να ταιριάζει σε οποιοδήποτε ακανόνιστο σχήμα και σφράγιση", είπε ο Wu. "Αυτό επιτρέπει στους χρήστες να προσαρμόζονται ελεύθερα σε διάφορα ακανόνιστου σχήματος αιμορραγούντα τραύματα."
Σε δοκιμές που διεξήχθησαν σε χοίρους, ο Nabzdyk και οι συνεργάτες του στην κλινική Mayo διαπίστωσαν ότι αυτή η κόλλα μπορεί να σταματήσει την αιμορραγία γρήγορα και ότι λειτουργεί πιο γρήγορα και πιο αποτελεσματικά από τον εμπορικά διαθέσιμο αιμοστατικό παράγοντα που συνέκριναν. Μπορεί να λειτουργήσει ακόμη και όταν δίνετε στους χοίρους ένα ισχυρό αραιωτικό του αίματος (ηπαρίνη), έτσι ώστε το αίμα να μην σχηματίζει θρόμβους αυθόρμητα.
Η έρευνά τους δείχνει ότι η σφράγιση παραμένει ανέπαφη για αρκετές εβδομάδες, αφήνοντας χρόνο στον ιστό να επουλωθεί μόνος του και η κόλλα προκαλεί μικρή φλεγμονή, παρόμοια με τη φλεγμονή που προκαλείται από τους αιμοστατικούς παράγοντες που χρησιμοποιούνται επί του παρόντος. Η κόλλα θα απορροφηθεί αργά στο σώμα μέσα σε λίγους μήνες. Εάν ο χειρουργός χρειάζεται να επιδιορθώσει το τραύμα μετά την αρχική εφαρμογή, μπορεί επίσης να αφαιρεθεί εκ των προτέρων χρησιμοποιώντας ένα διάλυμα που το διαλύει.
Οι ερευνητές σχεδιάζουν τώρα να δοκιμάσουν την κόλλα σε μεγαλύτερα τραύματα και ελπίζουν ότι αυτό θα αποδείξει ότι η κόλλα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη θεραπεία τραυμάτων. Οραματίστηκαν επίσης ότι θα μπορούσε να είναι χρήσιμο κατά τη διάρκεια της χειρουργικής επέμβασης, η οποία συνήθως απαιτεί από τον χειρουργό να αφιερώνει πολύ χρόνο στον έλεγχο της αιμορραγίας.
«Είμαστε τεχνικά ικανοί να κάνουμε πολλές πολύπλοκες χειρουργικές επεμβάσεις, αλλά η ικανότητά μας να ελέγχουμε γρήγορα την ιδιαίτερα σοβαρή αιμορραγία δεν έχει βελτιωθεί πραγματικά», είπε ο Nabzdyk.
Μια άλλη πιθανή εφαρμογή είναι να βοηθήσει να σταματήσει η αιμορραγία. Αυτοί οι ασθενείς έχουν πλαστικούς σωλήνες που εισάγονται στα αιμοφόρα αγγεία τους, όπως αυτοί που χρησιμοποιούνται για αρτηριακούς ή κεντρικούς φλεβικούς καθετήρες ή οξυγόνωση εξωσωματικής μεμβράνης (ECMO). Κατά τη διάρκεια του ECMO, χρησιμοποιείται ένα μηχάνημα για την άντληση του αίματος του ασθενούς από το σώμα για την οξυγόνωση του. Χρησιμοποιείται για τη θεραπεία ατόμων με σοβαρή καρδιακή ή πνευμονική ανεπάρκεια. Ο σωλήνας συνήθως εισάγεται για αρκετές εβδομάδες ή μήνες και η αιμορραγία στο σημείο εισαγωγής μπορεί να προκαλέσει μόλυνση.
Αναφορά: «Paste inspired by barnacle gum for rapid and coagulation-independent-emostatic sealing» Συγγραφείς: Hyunwoo Yuk, Jingjing Wu, Tiffany L. Sarrafian, Xinyu Mao, Claudia E. Varela, Ellen T. Roche, Leigh G. Griffiths, Christoph S . Nabzdyk and Xuanhe Zhao, 9 Αυγούστου 2021, Nature Biomedical Engineering.DOI: 10.1038/s41551-021-00769-y
Οι ερευνητές έχουν λάβει χρηματοδότηση από το MIT Deshpande Center για να τους βοηθήσει να εμπορευματοποιήσουν την κόλλα, κάτι που ελπίζουν να επιτύχουν μετά από πρόσθετες προκλινικές μελέτες σε ζωικά μοντέλα. Η έρευνα έλαβε επίσης χρηματοδότηση από τα Εθνικά Ινστιτούτα Υγείας, το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών και το Γραφείο Έρευνας Στρατού μέσω του Ινστιτούτου Νανοτεχνολογίας Soldier στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης και του Ιδρύματος Zoll.
Παρακαλώ, παρακαλούμε να το εμπορευματοποιήσετε το συντομότερο δυνατό. Η γυναίκα μου σφράγισε την πληγή μου με κόλλα. Τσίμπησε σαν κόλαση. Λοιπόν, ίσως είμαι μωρό, όπως έλεγε κάθε φορά που έκανε αίτηση.
SciTechDaily: Το καλύτερο σπίτι των ειδήσεων της επιστήμης και της τεχνολογίας από το 1998. Μείνετε ενημερωμένοι με τα τελευταία νέα τεχνολογίας μέσω email ή μέσων κοινωνικής δικτύωσης.
Η μελέτη 6,2 εκατομμυρίων ασθενών από τους ερευνητές της Kaiser Permanente και του CDC θα συνεχιστεί για 2 χρόνια. Ερευνητές από τα Ομοσπονδιακά Ιατρικά Ιδρύματα και τα Ιατρικά Ιδρύματα Caesars χτενίζουν τα αρχεία υγείας…
Ώρα δημοσίευσης: Σεπ-09-2021