Ученые из Института Уайсса и инженерной школы SEAS при Гарвардском университете совершили медицинский прорыв, создав революционный "клей" для мгновенного соединения гидрогелей. Это изобретение может привести к бесшовному прикреплению биопечатанных тканей, моментальному закрытию кровоточащих ран и надежной фиксации имплантируемых устройств.
Склеивание гидрогелей
Гидрогели - универсальные материалы, широко используемые в биомедицинских приложениях из-за их сходства с человеческими тканями. Их применяют для доставки лекарств, заживления ран и создания новых тканей. Безопасность гидрогелей обусловлена их схожестью с структурой и химическим составом организма.
Однако до сих пор быстрое и надежное соединение таких гидрогельных полимеров друг с другом оставалось сложной задачей. Существующие методы нуждаются в улучшении прочности и скорости склеивания, часто требуя сложных и длительных процессов.
Полимер из ракообразных
В основе инновационного подхода лежит хитозан - натуральный полимер, получаемый из панцирей ракообразных, таких как креветки и крабы. Он известен своей биосовместимостью, биоразлагаемостью и нетоксичностью, что делает его идеальным кандидатом для медицинских применений.
Исследователи нанесли тонкий слой хитозана на поверхности гидрогелей, которые необходимо соединить. Этот слой быстро поглощает воду из обоих гидрогелей, заставляя его сахарные молекулы смешиваться с молекулами полимера в гелях.
Смешивание создает прочные нехимические связи за счет электростатических сил и водородных связей между различными молекулами. Эти связи удивительно прочны и выдерживают сильное натяжение, что делает соединенные гидрогели более надежными и полезными для различных медицинских целей.
Преимущества перед традиционными методами
Новый метод склеивания гидрогелей обладает значительными преимуществами:
- Скорость: В отличие от традиционных методов, основанных на медленных химических реакциях, подход с хитозаном работает мгновенно. Это делает его чрезвычайно ценным в медицинских ситуациях, где своевременное вмешательство имеет решающее значение, например, во время операции.
- Прочность: Образующиеся при этом методе связи значительно прочнее, чем те, которые достигаются традиционными способами. Более сильная адгезия способствует большей надежности и долговечности склеенных гидрогелей.
- Простота: Процесс не требует сложных химических реакций или потенциально вредных веществ, как это часто бывает при традиционных методах. Этот более простой подход делает его более безопасным и легким в применении, сводя к минимуму потенциальные осложнения.
- Многофункциональность: Технология позволяет соединять не только одинаковые типы гидрогелей, но и эффективно объединять различные слои гидрогелей, различные полимеры и даже другие материалы, значительно расширяя ее потенциальные применения в различных областях.
Зачем это нужно?
Быстрое и эффективное склеивание гидрогелей открывает новые возможности в медицине. Эти желеобразные материалы, жесткость которых можно регулировать, позволяют нам проектировать их таким образом, чтобы они максимально точно соответствовали механическим свойствам конкретных тканей. Это открывает двери для различных применений.
Например, в эти гидрогели можно внедрить гибкую электронику для проведения медицинской диагностики. Кроме того, эта технология позволяет создавать самоклеящиеся повязки, которые особенно полезны для участков тела, где использование обычных бинтов затруднено.
Более того, способность склеивать гидрогели решает значительную клиническую проблему - спаечную болезнь. Эти нежелательные сращения образуются между тканями после операции, вызывая боль и осложнения.
Использование хитозан-склеенных гидрогелей может эффективно создать барьер между тканями во время операции, минимизируя риск образования спаек. Это означает более быстрое заживление, меньшую боль и меньше осложнений для пациентов.
Результаты этой инновационной разработки опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
