Chiunque abbia mai provato a mettere un cerotto quando la pelle è umida sa che può essere frustrante. La pelle bagnata non è l'unica sfida per gli adesivi medici:il corpo umano è pieno di sangue, siero, e altri fluidi che complicano la riparazione di numerose lesioni interne. Molti dei prodotti adesivi utilizzati oggi sono tossici per le cellule, inflessibile quando si asciugano, e non si legano fortemente al tessuto biologico. Un team di ricercatori del Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering e della John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) dell'Università di Harvard ha creato un "adesivo tenace" super forte che è biocompatibile e si lega ai tessuti con una forza paragonabile alla cartilagine elastica del corpo, anche quando sono bagnati.

"La caratteristica fondamentale del nostro materiale è la combinazione di una forza adesiva molto forte e la capacità di trasferire e dissipare lo stress, che storicamente non sono stati integrati in un unico adesivo, " dice l'autore corrispondente Dave Mooney, dottorato di ricerca, che è un membro fondatore della Core Faculty presso il Wyss Institute e Robert P. Pinkas Family Professor di Bioingegneria presso SEAS.

La ricerca è riportata nel numero di questa settimana di Scienza .

Quando il primo autore Jianyu Li, dottorato di ricerca (ex Postdoctoral Fellow presso il Wyss Institute e ora Assistant Professor presso la McGill University) ha iniziato a pensare a come migliorare gli adesivi medici, ha trovato una soluzione in un luogo improbabile:una lumaca. L'Arione oscuro (Arion subfuscus), comune in Europa e in alcune parti degli Stati Uniti, secerne un tipo speciale di muco quando è minacciato che lo incolla sul posto, rendendo difficile per un predatore staccarlo dalla sua superficie. Questa colla è stata precedentemente determinata per essere composta da una matrice dura costellata di proteine ​​​​caricate positivamente, che ha ispirato Li e i suoi colleghi a creare un idrogel a doppio strato costituito da una matrice di alginato-poliacrilammide che supporta uno strato adesivo con polimeri caricati positivamente che sporgono dalla sua superficie.

I polimeri si legano ai tessuti biologici attraverso tre meccanismi:attrazione elettrostatica su superfici cellulari caricate negativamente, legami covalenti tra atomi vicini, e compenetrazione fisica - rendendo l'adesivo estremamente forte. Ma lo strato matrice è altrettanto importante, afferma Li:"La maggior parte dei progetti di materiali precedenti si è concentrata solo sull'interfaccia tra il tessuto e l'adesivo. Il nostro adesivo è in grado di dissipare energia attraverso il suo strato di matrice, che gli consente di deformarsi molto di più prima che si rompa." Il progetto del team per lo strato di matrice include ioni di calcio che sono legati all'idrogel di alginato tramite legami ionici. Quando viene applicato uno stress all'adesivo, quei legami ionici "sacrificali" si rompono per primi, permettendo alla matrice di assorbire una grande quantità di energia prima che la sua struttura venga compromessa. Nelle prove sperimentali, è stata necessaria più di tre volte l'energia per interrompere il legame dell'adesivo resistente rispetto ad altri adesivi di grado medico e, quando si è rotto, ciò che ha fallito è stato l'idrogel stesso, non il legame tra l'adesivo e il tessuto, dimostrando un livello senza precedenti di simultanea elevata forza di adesione e tenacità della matrice.

I ricercatori hanno testato il loro adesivo su una varietà di tessuti di maiale sia asciutti che umidi, tra cui pelle, cartilagine, cuore, arteria, e fegato, e ha scoperto che si legava a tutti loro con una forza significativamente maggiore rispetto ad altri adesivi medici. L'adesivo resistente ha anche mantenuto la sua stabilità e adesione quando impiantato nei ratti per due settimane, o quando viene utilizzato per sigillare un foro in un cuore di maiale che è stato gonfiato e sgonfiato meccanicamente e poi sottoposto a decine di migliaia di cicli di stiramento. Inoltre, non ha causato danni ai tessuti o adesioni ai tessuti circostanti quando applicato a un'emorragia epatica nei topi - effetti collaterali osservati sia con la super colla che con un adesivo commerciale a base di trombina.

Un materiale così performante ha numerose potenziali applicazioni in campo medico, sia come cerotto che può essere tagliato nelle dimensioni desiderate e applicato alle superfici dei tessuti o come soluzione iniettabile per lesioni più profonde. Può anche essere utilizzato per collegare dispositivi medici alle loro strutture target, come un attuatore per supportare la funzione cardiaca. "Questa famiglia di adesivi resistenti ha un'ampia gamma di applicazioni, ", afferma il coautore Adam Celiz, dottorato di ricerca, che ora è Docente presso il Dipartimento di Bioingegneria, Imperial College di Londra. "Possiamo realizzare questi adesivi con materiali biodegradabili, quindi si decompongono una volta che hanno raggiunto il loro scopo. Potremmo persino combinare questa tecnologia con la robotica morbida per creare robot appiccicosi, o con i prodotti farmaceutici per creare un nuovo veicolo per la somministrazione di farmaci".

"La natura ha già spesso trovato soluzioni eleganti a problemi comuni; è questione di sapere dove guardare e riconoscere una buona idea quando ne vedi una, " dice il direttore fondatore di Wyss Donald Ingber, che è anche Judah Folkman Professor of Vascular Biology presso la Harvard Medical School e il Vascular Biology Program presso il Boston Children's Hospital, nonché Professore di Bioingegneria presso la School of Engineering and Applied Sciences di Harvard. "Siamo entusiasti di vedere come questa tecnologia, ispirato da un'umile lumaca, potrebbe svilupparsi in una nuova tecnologia per la riparazione chirurgica e la guarigione delle ferite".