Reparation af aktivt pumpende hjertevæv med muslinge-inspireret vævsklæber

Hvis hjertemusklen er beskadiget, at reparere det konstant aktive organ er en udfordring. Empa-forskere er ved at udvikle et nyt vævsklæbemiddel inspireret af naturen, som er i stand til at reparere læsioner i muskelvæv. De har udnyttet havmuslingers utrolige evne til at klæbe til enhver form for overflade.

På vind- og bølgeomslyngede kyster, havmuslinger klæber stoisk til sten, både og anløbsbroer. Med superkræfter, der konkurrerer med Spider-Man's, muslingens fod holder på overfladen, da dens kirtler producerer fine tråde, som i modsætning til edderkoppesilke, forblive fast under vand og alligevel meget elastisk. To proteiner, mfp-3 og den særligt svovlholdige mfp-6, er komponenter i denne søsilke. Som strukturelle proteiner, de er særligt interessante til biomedicinsk forskning på grund af deres fascinerende mekaniske egenskaber og deres biokompatibilitet.

Udfordrende forhold

Forskere fra Empas "Biomimetic Membranes and Textiles"-laboratorium i St. Gallen har gjort brug af disse egenskaber. Claudio Toncellis team ledte efter en biokompatibel vævslim, der ville klæbe til det bankende hjerte, mens den forbliver elastisk, selv under de mest udfordrende forhold. Trods alt, hvis hjertemuskelvæv er beskadiget, for eksempel ved et hjerteanfald eller en medfødt lidelse, sårene skal kunne heles, selvom musklen fortsætter med at trække sig sammen.

"Rent faktisk, kollagen er et passende grundlag for en sårlim, et protein, der også findes i menneskeligt bindevæv og sener, " siger Toncelli. F.eks. gelatine består af tværbundet kollagen, der ville være meget attraktivt for et vævsklæber. "Gelatinestrukturen kommer allerede meget tæt på nogle af de naturlige egenskaber ved menneskeligt bindevæv, " tilføjer han. Men hydrokolloidet er ikke stabilt ved kropstemperatur, men bliver flydende. Så for at udvikle et klæbende materiale, der sikkert kan forbinde sårede områder på indre organer, forskerne skulle finde en måde at inkorporere yderligere egenskaber i gelatine.

Under pres

"Muslingers muskuløse fod udskiller stærkt klæbende tråde, hvormed muslingen kan klæbe til alle slags overflader i vand, " forklarer Toncelli. I denne havsilke, flere proteiner interagerer tæt. Inspireret af naturens løsning til at håndtere turbulente kræfter under vand, forskerne udstyrede gelatinebiopolymerer med funktionelle kemiske enheder svarende til dem i havsilkeproteinerne mfp-3 og mfp-6. Så snart gelatine-søsilkegelen kommer i kontakt med væv, de strukturelle proteiner tværbinder med hinanden og sikrer en stabil forbindelse mellem sårfladerne.

Forskerne har allerede undersøgt, hvor godt den nye hydrogel faktisk hæfter i laboratorieforsøg, der normalt bruges til at definere tekniske standarder for såkaldt sprængstyrke. "Vævsklæbemidlet kan modstå et tryk svarende til menneskeligt blodtryk, " siger Empa-forsker Kongchang Wei. Forskerne var også i stand til at bekræfte den enestående vævskompatibilitet af det nye klæbemiddel i cellekultureksperimenter. De prøver nu hårdt på at fremme den kliniske anvendelse af "muslingelimen."