[ad_1]
Клейкая лента, являющаяся основным продуктом на рабочем столе любого инженера, быстро и надежно устраняет трещины и разрывы во многих конструкционных материалах. Инженеры Массачусетского технологического института разработали своего рода хирургическую клейкую ленту — прочный, гибкий и биосовместимый липкий пластырь, который можно легко и быстро накладывать на биологические ткани и органы, чтобы помочь заклеить разрывы и раны.
Подобно клейкой ленте, новая заплата липкая с одной стороны и гладкая с другой. В своей нынешней формуле клей предназначен для герметизации дефектов желудочно-кишечного тракта, которые инженеры называют собственными биологическими каналами организма.
В многочисленных экспериментах команда показала, что пластырь можно быстро приклеить к большим разрывам и проколам в толстой кишке, желудке и кишечнике различных моделей животных. Клей прочно связывается с тканями в течение нескольких секунд и держится более месяца. Он также гибок, способен расширяться и сжиматься вместе с функционирующим органом по мере его заживления. После полного заживления травмы пластырь постепенно разрушается, не вызывая воспаления и не прилипая к окружающим тканям.
Команда предполагает, что хирургический липкий пластырь однажды можно будет хранить в операционных и использовать в качестве быстрой и безопасной альтернативы или усиления сшитым вручную швам для устранения утечек и разрывов в кишечнике и других биологических тканях.
«Мы думаем, что эта хирургическая лента — хорошая базовая технология, которую можно превратить в настоящий готовый продукт», — говорит Хюнву Юк, научный сотрудник отдела машиностроения Массачусетского технологического института. «Хирурги могли бы использовать его, как они используют клейкую ленту в нехирургическом мире. Он не требует какой-либо подготовки или предварительного шага. Просто достаньте, откройте и пользуйтесь».
Юк, соруководитель и соавтор исследования, и его коллеги опубликовали сегодня свои результаты в журнале. Научная трансляционная медицина. Среди других соавторов постдоктор Массачусетского технологического института и ведущий автор Цзинцзин Ву; руководитель проекта и соавтор Сюаньхэ Чжао, профессор машиностроения, гражданского и экологического проектирования в Массачусетском технологическом институте; и сотрудники из клиники Мэйо и Южного университета науки и технологий.
Внутренний инстинкт
Новая хирургическая клейкая лента основана на дизайне двусторонней ленты, разработанном командой 2019 года. Эта ранняя итерация состояла из одного слоя, который был липким с обеих сторон и предназначен для соединения двух влажных поверхностей вместе.
Клей был изготовлен из полиакриловой кислоты, абсорбирующего материала, используемого в подгузниках, который сначала высыхает, а затем поглощает влагу при контакте с влажной поверхностью или тканью, временно прилипая к ткани в процессе. Исследователи добавили в материал сложные эфиры NHS, химические соединения, которые могут связываться с белками в тканях, образуя более прочные связи. Наконец, они усилили клей желатином или хитозаном — натуральными ингредиентами, которые сохраняли форму ленты.
Исследователи обнаружили, что двусторонняя лента прочно склеивает разные ткани. Но, посоветовавшись с хирургами, они поняли, что односторонняя версия может иметь более практическое значение.
«В практических ситуациях не всегда приходится склеивать две ткани вместе — органы должны быть отделены друг от друга», — говорит Ву. «Одно из предложений заключалось в том, чтобы использовать этот липкий элемент для устранения утечек и дефектов в кишечнике».
Хирурги обычно устраняют утечки и разрывы в желудочно-кишечном тракте с помощью хирургических швов. Но наложение швов требует точности и подготовки, а после операции швы могут вызвать образование рубцов вокруг травмы. Ткань между швами также может порваться, вызывая вторичные утечки, которые могут привести к сепсису.
«Мы подумали, что, может быть, сможем превратить наш липкий элемент в продукт для устранения утечек в кишечнике, подобно герметизации труб клейкой лентой», — говорит Ву. «Это подтолкнуло нас к чему-то больше похожему на односторонний скотч».
Та же лента, новые трюки
Исследователи сначала изменили рецепт клея, заменив желатин и хитозан более долговечным гидрогелем — в данном случае поливиниловым спиртом. Эта замена сохраняла физическую стабильность клея более месяца, что достаточно для заживления типичной травмы кишечника. Они также добавили второй нелипкий верхний слой, чтобы пластырь не прилипал к окружающим тканям. Этот слой был сделан из биоразлагаемого полиуретана, который имеет примерно такое же растяжение и жесткость, как и натуральная ткань кишечника.
«Мы не хотим, чтобы заплата была слабее ткани, иначе она может лопнуть», — говорит Юк. «Мы также не хотим, чтобы он был более жестким, потому что это ограничило бы перистальтическое движение в кишечнике, которое необходимо для пищеварения».
В первоначальных тестах пластырь действительно прилипал к тканям, но также набухал, как и полностью влажный подгузник на основе гидрогеля. Эта припухлость растянула ленту и подлежащий разрыв, который она должна была закрыть.
«Это была почти неразрешимая проблема, потому что гидрогель естественным образом набухает», — говорит Юк. «Но мы сделали простой трюк: немного предварительно растянули клейкий слой, затем ввели неадгезивный слой, чтобы при нанесении на ткань это предварительное растяжение компенсировало отек».
Затем команда провела эксперименты, чтобы проверить свойства и производительность патча. Когда пластырь помещали в культуру эпителиальных клеток человека, клетки продолжали расти, показывая, что пластырь биосовместим. При имплантации под кожу крыс пластырь биодеградировал примерно через 12 недель без каких-либо токсических эффектов.
Исследователи также прикладывали пластырь к дефектам в толстой кишке и желудке животных и обнаружили, что он сохраняет прочную связь, когда травмы полностью заживают. Он также вызывал минимальное рубцевание и воспаление по сравнению с восстановлением, выполненным с помощью обычных швов.
Наконец, команда наложила пластырь на дефекты толстой кишки у свиней и заметила, что животные продолжали нормально питаться, без лихорадки, вялости или других неблагоприятных последствий для здоровья. Через четыре недели дефекты полностью зажили, без признаков вторичной протечки.
В совокупности эксперименты показывают, что хирургический пластырь потенциально может безопасно восстанавливать желудочно-кишечные травмы и может применяться так же легко, как коммерческий скотч. Юк и Чжао продолжают разработку клея с помощью нового стартапа и надеются получить одобрение FDA для тестирования пластыря в медицинских учреждениях.
«Мы изучаем фундаментальную проблему механики, адгезию, в чрезвычайно сложной среде внутри тела. Ежегодно во всем мире проводятся миллионы операций по устранению дефектов желудочно-кишечного тракта, а уровень несостоятельности составляет до 20 процентов у пациентов с высоким риском», — говорит Чжао. «Эта лента может решить эту проблему и потенциально спасти тысячи жизней».
Эта работа была поддержана Центром Дешпанде Массачусетского технологического института и Центрами исследований и образования в области машиностроения Массачусетского технологического института и SUSTech.
[ad_2]
Source