Kiedy dziecko rodzi się z wadą, np. dziurą w sercu, wymagana jest szybka i pewna interwencja. Inwazyjna terapia w postaci założenia szwów może spowodować powstanie naprężeń delikatnej tkanki. Obecnie stosowane kliniczne spoiwa są natomiast zbyt toksyczne i mogą utracić swoją przyczepność w obecności krwi lub przez zbyt dynamiczne warunki, takie jak w bicie serca. Problem rozwiązali naukowcy ze Stanów Zjednoczonych, którzy opracowali polimerowy, elastyczny, biozgodny klej, działający nawet przy podwyższonym ciśnieniu i przyspieszonej akcji serca.
Badania kliniczne uczonych z Boston Children’s Hospital (BWH) oraz Massachusetts Institute of Technology (MIT) dotyczyły stworzenia nietoksycznego, biokompatybilnego, elastycznego i wytrzymałego spoiwa do uszczelniania komór serca. Jak podkreślają badacze, co roku tylko w samych Stanach Zjednoczonych przychodzi na świat około 40 000 dzieci z wrodzonymi wadami serca. Wymagają one wielu skomplikowanych operacji wszczepiania i wymiany implantów, które nie rosną wraz z małymi pacjentami. Praca naukowców miała na celu zmianę i usprawnienie procesów leczenia. Szczegółowe wyniki przedklinicznych badań zostały opublikowane 8 stycznia 2014 w czasopiśmie Science Translational Medicine.
Operacje chirurgiczne na otwartym sercu są niezwykle ryzykowne. Przekłuwanie tkanek i tworzenie otworów przy zakładaniu szwów na organie, który jest w ciągłym ruchu i intensywnie pompuje krew, prowadzi do krwawienia i w rezultacie do zakrzepów. W takim wypadku najbardziej logicznym, lecz trudnym krokiem wydaje się stworzenie spoiwa działającego w wilgotnych i zmieniających się warunkach. Naukowcy próbując odnaleźć odpowiednio lepką i odpychającą wodę substancję, szukali inspiracji w przyrodzie. Materiał musiał być jednocześnie sprężysty, biozgodny i biodegradowalny.
Do produkcji specjalnego kleju badacze wykorzystali materiały naturalnie występujące w ludzkim organizmie. Tajemniczy polimer to poliakrylat glicerolu kwasu sebacynowego (z ang. polyglycercol sebacic acid acrylate, PGSA), używany początkowo do tworzenia szkieletów, na których mogły rosnąć nowe tkanki lub narządy. PGSA to połączenie glicerolu, podstawowego budulca tłuszczów i olejów oraz kwasu sebacynowego wytrzymałego na działanie ciepła, wody i glikolu etylenowego, który znajduje się również w oleju rycynowym. Badacze przyznali, że już wcześniej mieli informacje o możliwościach przylegania materiału do tkanki, ale nigdy jej nie testowali. Teraz, przekształcili PGSA do formy cieczy o dużej lepkości, którą łatwo można rozprowadzać. Dodatek substancji światłoczułej spowodował natychmiastowe powstawanie mocnych wiązań między cząsteczkami polimeru po wystawieniu na działanie światła ultrafioletowego. Cechy te wspomagały przedostawanie się polimeru pomiędzy włókna tkanek, wypierając po drodze wodę. Wiązanie było silne, ponieważ z wraz z warstwą powierzchniową twardniała część tkanki.
Hydrofobowy klej aktywowany światłem (z ang. hydrophobic light-activated adhesive, HLAA) osiągał wysoki poziom przyczepności na mokrej tkance otoczonej krwią. Podczas testów na uszkodzonych tętnicach szyjnych świń zapewniał odpowiednie uszczelnienie hemostatyczne w ciągu 5 sekund od zastosowania światła UV. Egzaminowano również pojedyncze łaty powlekane HLLA, przymocowane w wadliwej przegrodzie międzykomorowej serca. W trakcie 24 godzinnej analizy skutecznie oddzielały one przyległe komory. Autorzy sugerują, że klej można wykorzystać do “łatania” jelit. Spoiwo HLAA w teście porównawczym zdominowało cyjanoakrylany (super glue do tej pory uważany był za najsilniejszy klej tkankowy). HLAA mocniej przylegał, mniej pęczniał i wywoływał słabszy stan zapalny. Jedynym potencjalnym mankamentem może być konieczność stosowania światła UV. Jednak prawdopodobieństwo uszkodzenia DNA tkanki wystawionej na działanie ultrafioletu jest niewielkie, ze względu na krótki czas ekspozycji.
Naukowcy nie związani z projektem są nim podekscytowani. Mimo tego, zanim klej wejdzie do użycia potrzebne będą badania na ludzkim sercu. Konieczna jest również analiza jego wpływu na teflonowy materiał Gore-Tex, stosowany do produkcji nici chirurgicznych. Póki co, licencję na technologię zdobyła firma Gecko Biomedical z Francji, która planuje wydać około 8 milionów euro na wprowadzenie produktu na rynek. Obecnie trwają prace nad przeniesieniem procesu ze skali laboratoryjnej do masowej produkcji. Badacze mają nadzieję, że materiał pomyślnie przejdzie testy kliniczne i wejdzie na rynek w ciągu najbliższych trzech lat.
Źródło:
[1] N. Lang, M. J. Pereira, Y. Lee, I. Friehs, N. V. Vasilyev, E. N. Feins, K. Ablasser, E. D. O’Cearbhaill, C. Xu, A. Fabozzo, R. Padera, S. Wasserman, F. Freudenthal, L. S. Ferreira, R. Langer, J. M. Karp, P. J. del Nido. A Blood-Resistant Surgical Glue for Minimally Invasive Repair of Vessels and Heart Defects. Science Translational Medicine, 2014; 6 (218): 218ra6 DOI: 10.1126/scitranslmed.3006557
[2] http://stm.sciencemag.org/content/6/218/218ra6 [10.01.2014]
[3] http://phenomena.nationalgeographic.com/2014/01/08/new-blood-resistant-glue-mends-broken-hearts-without-sutures/ [10.01.2014]
[4] http://news.harvard.edu/gazette/story/2014/01/bio-inspired-glue-keeps-hearts-securely-sealed/ [10.01.2014]
[5] belated by hobvias sudoneighm (striatic), flickr.com, CC BY 2.0