Gli ingegneri del MIT hanno progettato una colla potente e biocompatibile in grado di sigillare i tessuti danneggiati e fermare l'emorragia, ispirandosi alla sostanza appiccicosa che i cirripedi usano per attaccarsi alle rocce. Credito: foto d'archivio
Un nuovo adesivo che imita la sostanza appiccicosa usata dai cirripedi per attaccarsi alle rocce può fornire un modo migliore per trattare i traumi.
Ispirati dalla sostanza appiccicosa che i cirripedi usano per attaccarsi alle rocce, gli ingegneri del MIT hanno progettato una potente colla biocompatibile che può sigillare i tessuti danneggiati e fermare l'emorragia.
Anche se la superficie è ricoperta di sangue, questa nuova pasta può aderire alla superficie e formare una chiusura ermetica entro circa 15 secondi dall'applicazione. I ricercatori affermano che questa colla può fornire un modo più efficace per trattare i traumi e aiutare a controllare il sanguinamento durante l'intervento chirurgico.
“Stiamo risolvendo il problema dell'adesione in un ambiente impegnativo, ovvero l'ambiente umido e dinamico dei tessuti umani. Allo stesso tempo, stiamo cercando di trasformare queste conoscenze di base in prodotti reali che possono salvare vite umane", ha affermato Zhao Xuanhe, professore di ingegneria e ingegneria civile e ambientale del MIT Machinery, nonché uno degli autori senior dello studio.
Christoph Nabzdyk è un anestesista cardiaco e medico di terapia intensiva presso la Mayo Clinic di Rochester, Minnesota, e l'autore senior del documento, che è stato pubblicato su Nature Biomedical Engineering il 9 agosto 2021. Il ricercatore del MIT Hyunwoo Yuk e il borsista post-dottorato Jingjing Wu sono i principali autori dello studio.
Gruppo di ricerca: Hyunwoo Yuk, Jingjing Wu, Xuanhe Zhao (da sinistra a destra), con in mano un guscio di cirripede e un unguento emostatico alla gomma di cirripede. Credito: fornito dal ricercatore
Trovare un modo per fermare l'emorragia è un problema di vecchia data, ma non è stato ancora completamente risolto, ha detto Zhao. Le suture vengono solitamente utilizzate per chiudere le ferite, ma le suture sono un processo che richiede tempo che i primi soccorritori di solito non possono fare in caso di emergenza. Tra i soldati, la perdita di sangue è la principale causa di morte dopo un trauma, mentre nella popolazione generale, la perdita di sangue è la seconda causa di morte dopo il trauma.
Negli ultimi anni sono stati immessi sul mercato alcuni materiali in grado di arrestare il sanguinamento, detti anche agenti emostatici. Molti di questi sono costituiti da cerotti contenenti fattori di coagulazione che aiutano il sangue a coagulare da soli. Tuttavia, questi richiedono diversi minuti per formare un sigillo e non sempre funzionano su ferite molto sanguinanti.
Il laboratorio di Zhao si è impegnato per molti anni a risolvere questo problema. Nel 2019, il suo team ha sviluppato un nastro biadesivo e ha dimostrato che può essere utilizzato per chiudere le incisioni chirurgiche. Questo nastro è ispirato al materiale appiccicoso utilizzato dai ragni per catturare le prede in condizioni di umidità. Contiene polisaccaridi carichi che possono assorbire l'acqua dalla superficie quasi immediatamente, rimuovendo piccole macchie secche a cui la colla può aderire.
Per la loro nuova colla per tessuti, i ricercatori hanno tratto ispirazione ancora una volta dalla natura. Questa volta, hanno concentrato la loro attenzione sui cirripedi, che sono piccoli crostacei attaccati ad altri animali come rocce, scafi di barche e persino balene. Queste superfici sono umide e solitamente molto sporche: queste condizioni rendono difficile l'adesione.
"Questo ha attirato la nostra attenzione", ha detto Yuk. “Questo è molto interessante, perché per sigillare il tessuto sanguinante, devi affrontare non solo l'umidità, ma anche l'inquinamento del sangue che fuoriesce. Abbiamo scoperto che questa creatura che vive nell'ambiente marino sta facendo esattamente la stessa cosa che dobbiamo fare noi per affrontarla. Problemi di sanguinamento complessi.”
L'analisi dei ricercatori sulla gomma di cirripede mostra che ha una composizione unica. Le molecole proteiche appiccicose che aiutano il cirripede ad attaccarsi alla superficie sono sospese in una sorta di olio, che può respingere l'acqua e tutti i contaminanti presenti sulla superficie, in modo che la proteina appiccicosa sia saldamente attaccata alla superficie.
Il team del MIT ha deciso di provare a imitare questa colla regolando l'adesivo che avevano precedentemente sviluppato. Questo materiale viscoso è costituito da un polimero chiamato poli(acido acrilico) in cui è incorporato un composto organico chiamato estere NHS per fornire adesione, mentre il chitosano è uno zucchero che rinforza il materiale. I ricercatori congelano i fiocchi di questo materiale, li macinano in particelle e quindi sospendono queste particelle in olio di silicone per uso medico.
Quando la pasta risultante viene applicata su una superficie bagnata (come un tessuto coperto di sangue), l'olio respingerà il sangue e altre sostanze che potrebbero essere presenti, causando la reticolazione delle particelle viscose e la formazione di una chiusura ermetica sulla ferita. I test dei ricercatori sui topi hanno mostrato che entro 15-30 secondi dall'applicazione della colla, esercitando una leggera pressione, la colla si solidificava e smetteva di sanguinare.
I ricercatori hanno affermato che rispetto al nastro biadesivo progettato dai ricercatori nel 2019, un vantaggio di questo nuovo materiale è che la pasta può essere modellata per adattarsi a ferite irregolari e il nastro potrebbe essere più adatto per la chirurgia sigillante Fare un'incisione o attaccare un dispositivo medico al tessuto. "La pasta modellabile può fluire e adattarsi a qualsiasi forma e sigillo irregolari", ha detto Wu. "Ciò consente agli utenti di adattarsi liberamente a varie ferite sanguinanti di forma irregolare".
Nei test condotti sui maiali, Nabzdyk e i suoi colleghi della Mayo Clinic hanno scoperto che questa colla può smettere di sanguinare rapidamente e che funziona più velocemente ed efficacemente rispetto all'agente emostatico disponibile in commercio che hanno confrontato. Può funzionare anche quando si somministra ai maiali un potente anticoagulante (eparina) in modo che il sangue non formi coaguli spontaneamente.
La loro ricerca mostra che il sigillo rimane intatto per diverse settimane, consentendo al tessuto di guarire da solo, e la colla provoca poca infiammazione, simile all'infiammazione causata dagli agenti emostatici attualmente utilizzati. La colla verrà assorbita lentamente nel corpo entro pochi mesi. Se il chirurgo ha bisogno di riparare la ferita dopo l'applicazione iniziale, può anche essere rimossa in anticipo utilizzando una soluzione che la dissolva.
I ricercatori ora hanno in programma di testare la colla su ferite più grandi e sperano che questo dimostrerà che la colla può essere usata per trattare i traumi. Hanno anche immaginato che potrebbe essere utile durante l'intervento chirurgico, che di solito richiede al chirurgo di dedicare molto tempo al controllo del sanguinamento.
"Siamo tecnicamente in grado di eseguire molti interventi chirurgici complessi, ma la nostra capacità di controllare rapidamente un'emorragia particolarmente grave non è realmente migliorata", ha affermato Nabzdyk.
Un'altra possibile applicazione è quella di aiutare a fermare l'emorragia. Questi pazienti hanno tubi di plastica inseriti nei loro vasi sanguigni, come quelli usati per i cateteri arteriosi o venosi centrali o per l'ossigenazione extracorporea a membrana (ECMO). Durante l'ECMO, viene utilizzata una macchina per pompare il sangue del paziente fuori dal corpo per ossigenarlo. È usato per trattare persone con grave insufficienza cardiaca o polmonare. Il tubo viene solitamente inserito per diverse settimane o mesi e il sanguinamento nel sito di inserimento può causare infezione.
Riferimento: "Pasta ispirata alla gomma di cirripede per una sigillatura emostatica rapida e indipendente dalla coagulazione" Autori: Hyunwoo Yuk, Jingjing Wu, Tiffany L. Sarrafian, Xinyu Mao, Claudia E. Varela, Ellen T. Roche, Leigh G. Griffiths, Christoph S Nabzdyk e Xuanhe Zhao, 9 agosto 2021, Ingegneria biomedica della natura.DOI: 10.1038/s41551-021-00769-y
I ricercatori hanno ricevuto finanziamenti dal MIT Deshpande Center per aiutarli a commercializzare la colla, che sperano di ottenere dopo ulteriori studi preclinici su modelli animali. La ricerca ha anche ricevuto finanziamenti dal National Institutes of Health, dalla National Science Foundation e dall'Office of Army Research attraverso il Soldier Nanotechnology Institute del Massachusetts Institute of Technology e la Zoll Foundation.
Per favore, commercializzalo il prima possibile. Mia moglie ha sigillato la mia ferita con la colla. Pungi come l'inferno. Beh, forse sono un bambino, come diceva ogni volta che faceva domanda.
SciTechDaily: la migliore casa di notizie su scienza e tecnologia dal 1998. Tieniti aggiornato con le ultime notizie sulla tecnologia via e-mail o social media.
Lo studio di 6,2 milioni di pazienti da parte dei ricercatori Kaiser Permanente e CDC continuerà per 2 anni. I ricercatori delle istituzioni mediche federali e Caesars stanno setacciando le cartelle cliniche...
Orario postale: settembre-09-2021