Dobbeltsidet tape til væv kan erstatte kirurgiske suturer

Inspireret af et klæbrigt stof, som edderkopper bruger til at fange deres bytte, MIT ingeniører har designet et dobbeltsidet tape, der hurtigt kan forsegle væv sammen.

I forsøg med rotter og svinevæv, forskerne viste, at deres nye tape kan binde tæt væv som lunger og tarme på kun fem sekunder. De håber, at dette tape med tiden kunne bruges i stedet for kirurgiske suturer, som ikke fungerer godt i alle væv og kan forårsage komplikationer hos nogle patienter.

"Der er over 230 millioner større operationer over hele verden om året, og mange af dem kræver suturer for at lukke såret, som faktisk kan forårsage stress på vævene og kan forårsage infektioner, smerte, og ar. Vi foreslår en fundamentalt anderledes tilgang til forsegling af væv, " siger Xuanhe Zhao, en lektor i maskinteknik og i civil- og miljøteknik ved MIT og seniorforfatter til undersøgelsen.

Den dobbeltsidede tape kan også bruges til at fastgøre implanterbart medicinsk udstyr til væv, inklusive hjertet, viste forskerne. Ud over, det virker meget hurtigere end tissuelim, som normalt tager flere minutter at binde tæt og kan dryppe på andre dele af kroppen.

Kandidatstuderende Hyunwoo Yuk og Claudia Varela er hovedforfatterne af undersøgelsen, som vises i dag i Natur . Andre forfattere er MIT -kandidatstuderende Xinyu Mao, MIT assisterende professor i maskinteknik Ellen Roche, Mayo Clinic kritisk pleje læge Christoph Nabzdyk, og Brigham og Women's Hospital patolog Robert Padera.

En tæt forsegling

At danne en tæt forsegling mellem væv anses for at være meget vanskelig, fordi vand på overfladen af ​​vævene interfererer med adhæsion. Eksisterende vævslim diffunderer klæbende molekyler gennem vandet mellem to vævsoverflader for at binde dem sammen, men denne proces kan tage flere minutter eller endda længere.

MIT-teamet ønskede at finde på noget, der ville fungere meget hurtigere. Zhaos gruppe havde tidligere udviklet andre nye klæbemidler, inklusive en hydrogel-superlim, der giver stærkere vedhæftning end de klæbrige materialer, der forekommer i naturen, som dem, som muslinger og bjælker bruger til at klamre sig til skibe og sten.

For at skabe et dobbeltsidet tape, der hurtigt kunne forbinde to våde overflader sammen, holdet hentede inspiration fra den naturlige verden - specifikt det klæbrige materiale, som edderkopper bruger til at fange deres bytte under våde forhold. Denne edderkoppelim indeholder ladede polysaccharider, der næsten øjeblikkeligt kan absorbere vand fra overfladen af ​​et insekt, fjernelse af en lille tør plet, som limen kan klæbe til.

For at efterligne dette med en konstrueret klæbemiddel, forskerne designet et materiale, der først absorberer vand fra vådt væv og derefter hurtigt binder to væv sammen. Til vandabsorbering, de brugte polyakrylsyre, et meget absorberende materiale, der bruges i bleer. Så snart tapen er sat på, det suger vand, lader polyacrylsyren hurtigt danne svage hydrogenbindinger med begge væv.

Disse hydrogenbindinger og andre svage interaktioner holder midlertidigt tapen og vævet på plads, mens kemiske grupper kaldet NHS-estere, som forskerne indlejrede i polyacrylsyren, danne meget stærkere bånd, kaldet kovalente bindinger, med proteiner i vævet. Dette tager cirka fem sekunder.

For at gøre deres tape hård nok til at holde inde i kroppen, forskerne inkorporerede enten gelatine eller chitosan (et hårdt polysaccharid, der findes i insektskaller). Disse polymerer gør det muligt for limen at holde sin form i lange perioder. Afhængigt af det program, som båndet bruges til, forskerne kan kontrollere, hvor hurtigt det nedbrydes inde i kroppen ved at variere de ingredienser, der indgår i det. Gelatine har en tendens til at nedbrydes inden for få dage eller uger i den menneskelige krop, mens chitosan kan vare længere (en måned eller endda op til et år).

Hurtig heling

Denne type klæbemiddel kan have stor indflydelse på kirurgers evne til at forsegle snit og hele sår, siger Yuk. For at udforske mulige anvendelser for den nye dobbeltsidede tape, forskerne testede det i et par forskellige typer svinevæv, inklusive hud, tyndtarm, mave, og lever. De udførte også test i griselunger og luftrør, viser, at de hurtigt kunne reparere skader på disse organer.

"Det er meget udfordrende at suturere blødt eller skrøbeligt væv som lunge og luftrør, men med vores dobbeltklæbende tape, inden for fem sekunder kan vi nemt forsegle dem, " siger Yuk.

Tapen fungerede også godt til at forsegle skader på mave-tarmkanalen, hvilket kunne være meget nyttigt til at forhindre lækage, der nogle gange opstår efter operation. Denne lækage kan forårsage sepsis og andre potentielt dødelige komplikationer.

Implantering af medicinsk udstyr i kroppen er en anden applikation, som MIT-teamet udforsker. Arbejder med Roches laboratorium, forskerne viste, at båndet godt kunne bruges til at fastgøre et lille polyurethanplaster til levende rotters hjerter, som er omtrent på størrelse med et miniaturebillede. Normalt er denne form for procedure ekstremt kompliceret og kræver en erfaren kirurg at udføre, men forskergruppen var i stand til simpelthen at sætte plasteret fast med deres tape ved at trykke i et par sekunder, og det blev på plads i flere dage.

Ud over hjerteplasteret af polyurethan, forskerne fandt ud af, at tapen med succes kunne fastgøre materialer som silikonegummi, titanium, og hydrogeler til væv.

"Dette giver en mere elegant, mere ligetil, og mere universelt anvendelig måde at introducere en implanterbar monitor eller medicinafgivelsesanordning på, fordi vi kan klæbe til mange forskellige steder uden at forårsage skade eller sekundære komplikationer fra punktering af væv for at anbringe enhederne, "Siger Yuk.

Forskerne arbejder nu sammen med læger for at identificere yderligere anvendelser for denne form for klæbemiddel og for at udføre flere test i dyremodeller.