Теперь они доработали свой клей, чтобы его можно было отделить от подлежащей ткани, не причиняя никакого вреда. Нанесив жидкий раствор, новую версию можно снять, как скользкий гель, на случай, если его нужно отрегулировать во время операции, например, или удалить после заживления тканей.
«Это похоже на безболезненный пластырь для внутренних органов», – говорит Сюань Хэ Чжао, профессор машиностроения, гражданского строительства и охраны окружающей среды Массачусетского технологического института. "Вы наносите клей, и если по какой-либо причине вы хотите его снять, вы можете сделать это по требованию, без боли."
Новый дизайн команды подробно описан в статье, опубликованной в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Соавторы Чжао – первые авторы Сяоюй Чен и Хену Юк, а также Цзинцзин Ву из Массачусетского технологического института и Кристоф Набздик из клиники Мэйо в Рочестере.
Неразрывные узы
Рассматривая дизайн своего оригинального клея, исследователи быстро поняли, что ленте чрезвычайно трудно приклеиваться к влажным поверхностям, поскольку тонкий слой воды смазывает и не дает большинству клеев закрепиться.
Чтобы обойти естественную скользкость ткани, команда разработала свой оригинальный клей из биосовместимых полимеров, включая полиакриловую кислоту, хорошо впитывающий материал, обычно используемый в подгузниках и фармацевтических препаратах, который впитывает воду, а затем быстро образует слабые водородные связи с поверхностью ткани.
Чтобы усилить эти связи, исследователи внедрили в материал сложные эфиры NHS, химические группы, которые образуют более прочные и долговечные связи с белками на поверхности ткани.
Хотя эти химические связи давали ленте сверхпрочное сцепление, их также было трудно сломать, и команда обнаружила, что отсоединение ленты от ткани было грязной и потенциально опасной задачей.
«Удаление ленты потенциально может вызвать усиление воспалительной реакции в тканях и продлить заживление», – говорит Юк. "Это реальная практическая проблема."
Скотч для хирургов
Чтобы сделать клей съемным, команда сначала изменила сам клей. К исходному материалу они добавили новую молекулу дисульфидного линкера, которую можно разместить между ковалентными связями с белками поверхности ткани. Команда решила синтезировать именно эту молекулу, потому что ее связи, хотя и прочные, могут быть легко разорваны при воздействии определенного восстанавливающего агента.
Затем исследователи просмотрели литературу, чтобы найти подходящий восстанавливающий агент, который был бы как биосовместимым, так и способным разорвать необходимые связи внутри адгезива. Они обнаружили, что глутатион, антиоксидант, который в природе содержится в большинстве клеток, способен разрушать длительные ковалентные связи, такие как дисульфид, в то время как бикарбонат натрия, также известный как пищевая сода, может дезактивировать более короткие водородные связи адгезива.
Команда смешала концентрации глутатиона и бикарбоната натрия вместе в физиологическом растворе и распылила раствор на образцы клея, которые они поместили на различные образцы органов и тканей, включая сердце, легкие и кишечник свиньи.
Во всех своих тестах, независимо от того, как долго клей был нанесен на ткань, исследователи обнаружили, что после того, как они распылили триггерный раствор на ленту, они смогли оторвать ленту от ткани в течение примерно пяти минут, без вызывая повреждение тканей.
«Это примерно время, необходимое для того, чтобы раствор диффундировал через ленту к поверхности, где лента встречается с тканью», – говорит Чен. "В этот момент раствор превращает этот чрезвычайно липкий клей в слой скользкого геля, который можно легко снять."
Исследователи также изготовили версию клея, в которой протравлены крошечные каналы, через которые раствор также может диффундировать. Этот дизайн должен быть особенно полезен, если лента использовалась для прикрепления имплантатов и других медицинских устройств.
В этом случае распыление раствора на поверхность ленты не будет возможным. Вместо этого хирург может нанести раствор по краям ленты, где он может диффундировать через каналы клея.
«Мы надеемся, что когда-нибудь в операционных будут иметься дозаторы этих клеев, а также флаконы с триггером», – говорит Юк. "Хирурги могут использовать это как скотч, накладывая, отсоединяя и повторно накладывая его по требованию."
Команда работает с Набздиком и другими хирургами, чтобы выяснить, может ли новый клей помочь в лечении таких состояний, как кровотечения и дырявый кишечник.
«Наша цель – использовать биоадгезивные технологии для замены швов, это технология закрытия ран, существующая тысячи лет без особых инноваций», – говорит Чжао. "Теперь мы думаем, что у нас есть способ сделать следующее нововведение для закрытия ран."
Это исследование частично финансировалось Национальным научным фондом.