Ispirato da una sostanza appiccicosa che i ragni usano per catturare le loro prede, Gli ingegneri del MIT hanno progettato un nastro biadesivo in grado di sigillare rapidamente i tessuti insieme.

Nei test su ratti e tessuti di maiale, i ricercatori hanno dimostrato che il loro nuovo nastro può legare strettamente tessuti come i polmoni e l'intestino in soli cinque secondi. Sperano che questo nastro possa essere usato al posto delle suture chirurgiche, che non funzionano bene in tutti i tessuti e possono causare complicazioni in alcuni pazienti.

"Ci sono oltre 230 milioni di interventi chirurgici importanti in tutto il mondo all'anno, e molti di loro richiedono suture per chiudere la ferita, che può effettivamente causare stress sui tessuti e può causare infezioni, dolore, e cicatrici. Proponiamo un approccio fondamentalmente diverso alla sigillatura dei tessuti, "dice Xuanhe Zhao, professore associato di ingegneria meccanica e di ingegneria civile e ambientale al MIT e autore senior dello studio.

Il nastro biadesivo può essere utilizzato anche per fissare dispositivi medici impiantabili ai tessuti, compreso il cuore, hanno mostrato i ricercatori. Inoltre, funziona molto più velocemente delle colle per tessuti, che di solito impiegano diversi minuti per legarsi saldamente e possono gocciolare su altre parti del corpo.

Gli studenti laureati Hyunwoo Yuk e Claudia Varela sono gli autori principali dello studio, che appare oggi in Natura . Altri autori sono lo studente laureato del MIT Xinyu Mao, assistente professore di ingegneria meccanica del MIT Ellen Roche, Il medico di terapia intensiva della Mayo Clinic Christoph Nabzdyk, e il patologo del Brigham and Women's Hospital Robert Padera.

Una chiusura ermetica

La formazione di un sigillo stretto tra i tessuti è considerata molto difficile perché l'acqua sulla superficie dei tessuti interferisce con l'adesione. Le colle tissutali esistenti diffondono molecole adesive attraverso l'acqua tra due superfici tissutali per legarle insieme, ma questo processo può richiedere diversi minuti o anche di più.

Il team del MIT voleva trovare qualcosa che funzionasse molto più velocemente. Il gruppo di Zhao aveva precedentemente sviluppato altri nuovi adesivi, inclusa una supercolla idrogel che fornisce un'adesione più dura rispetto ai materiali appiccicosi che si trovano in natura, come quelli che usano cozze e cirripedi per aggrapparsi a navi e scogli.

Per creare un nastro biadesivo in grado di unire rapidamente due superfici bagnate, il team ha tratto ispirazione dal mondo naturale, in particolare, il materiale appiccicoso che i ragni usano per catturare le loro prede in condizioni di bagnato. Questa colla per ragni include polisaccaridi carichi che possono assorbire l'acqua dalla superficie di un insetto quasi istantaneamente, rimuovendo una piccola macchia asciutta a cui la colla può aderire.

Per imitarlo con un adesivo ingegnerizzato, i ricercatori hanno progettato un materiale che assorbe prima l'acqua dai tessuti bagnati e poi lega rapidamente due tessuti insieme. Per l'assorbimento dell'acqua, hanno usato acido poliacrilico, un materiale molto assorbente che viene utilizzato nei pannolini. Non appena viene applicato il nastro, aspira l'acqua, permettendo all'acido poliacrilico di formare rapidamente legami idrogeno deboli con entrambi i tessuti.

Questi legami idrogeno e altre interazioni deboli tengono temporaneamente in posizione il nastro e i tessuti mentre i gruppi chimici chiamati esteri del NHS, che i ricercatori hanno incorporato nell'acido poliacrilico, formare legami molto più forti, chiamati legami covalenti, con proteine ​​nel tessuto. Questo richiede circa cinque secondi.

Per rendere il loro nastro abbastanza resistente da durare all'interno del corpo, i ricercatori hanno incorporato gelatina o chitosano (un polisaccaride duro che si trova nei gusci degli insetti). Questi polimeri consentono all'adesivo di mantenere la sua forma per lunghi periodi di tempo. A seconda dell'applicazione per cui viene utilizzato il nastro, i ricercatori possono controllare la velocità con cui si scompone all'interno del corpo variando gli ingredienti che vi entrano. La gelatina tende a rompersi in pochi giorni o settimane nel corpo umano, mentre il chitosano può durare più a lungo (un mese o anche fino a un anno).

Guarigione rapida

Questo tipo di adesivo potrebbe avere un forte impatto sulla capacità dei chirurghi di sigillare incisioni e guarire ferite, Yuk dice. Per esplorare le possibili applicazioni del nuovo nastro biadesivo, i ricercatori lo hanno testato in alcuni diversi tipi di tessuto di maiale, compresa la pelle, intestino tenue, stomaco, e fegato. Hanno anche eseguito test su polmoni e trachea di maiale, dimostrando che potevano riparare rapidamente i danni a quegli organi.

"È molto difficile suturare tessuti molli o fragili come il polmone e la trachea, ma con il nostro nastro biadesivo, in cinque secondi possiamo sigillarli facilmente, "Yuk dice.

Il nastro ha anche funzionato bene per sigillare i danni al tratto gastrointestinale, che potrebbe essere molto utile per prevenire perdite che a volte si verificano dopo un intervento chirurgico. Questa perdita può causare sepsi e altre complicazioni potenzialmente fatali.

L'impianto di dispositivi medici all'interno del corpo è un'altra applicazione che il team del MIT sta esplorando. Lavorando con il laboratorio di Roche, i ricercatori hanno dimostrato che il nastro potrebbe essere utilizzato per attaccare saldamente un piccolo cerotto in poliuretano al cuore dei topi viventi, che hanno circa le dimensioni di una miniatura. Normalmente questo tipo di procedura è estremamente complicata e richiede un chirurgo esperto per eseguire, ma il team di ricerca è stato in grado di attaccare semplicemente il cerotto con il nastro premendo per alcuni secondi, e rimase in posizione per diversi giorni.

Oltre al cerotto per il cuore in poliuretano, i ricercatori hanno scoperto che il nastro potrebbe attaccare con successo materiali come la gomma siliconica, titanio, e idrogel ai tessuti.

"Questo fornisce un più elegante, più diretto, e un modo più universalmente applicabile di introdurre un monitor impiantabile o un dispositivo per la somministrazione di farmaci, perché possiamo aderire a molti siti diversi senza causare danni o complicazioni secondarie dalla perforazione del tessuto per fissare i dispositivi, "Yuk dice.

I ricercatori stanno ora lavorando con i medici per identificare ulteriori applicazioni per questo tipo di adesivo e per eseguire più test su modelli animali.