Ученые разработали новый сверхупругий клей для сердца и легких

Ученые из США и Австралии разработали новый сверхупругий тканевой клей, который позволяет залечивать надрезы после хирургических операций на поверхности внутренних органов. Особенно перспективно использование такого клея для органов с постоянно изменяющимся объемом, в частности, легких, сердца и кровеносных сосудов. Результаты исследования опубликованы в Science Translational Medicine.

Для сшивания надрезов на внутренних органах и коже, произведенных во время хирургической операции, чаще всего используются специальные нити и скрепки. Они ускоряют процесс срастания ткани и помогают ей выдерживать механические нагрузки. Однако и нити, и скрепки часто не могут предотвратить протекание через не до конца сросшийся надрез физиологичеких жидкостей. Кроме этого, сделать шов на труднодоступном органе тоже можно далеко не всегда. Для того, чтобы преодолеть эти трудности, сейчас часто используются тканевые клеи — отдельно или в комбинации со швами. Большинство из них включают в свою структуру материалы на основе фибрина и коллагена. Но и их механических и адгезионных свойств часто недостаточно для использования для залечивания надрезов на сильно деформируемых органах, таких как легкие или кровеносные сосуды.

В своей новой работе международный коллектив ученых из США и Австралии предложил использовать клей на основе тропоэластина. Тропоэластин — естественный мономер, из которого при полимеризации внутри организма образуется упругий фибриллярный белок соединительной ткани эластин. Водный раствор тропоэластина представляет из себя вязкую жидкость, которая при полимеризации превращается в гель. Для того, чтобы полимеризацией можно было управлять, ученые добавили в структуру тропоэластина метакрилоиловый заместитель, который чувствителен к ультрафиолетовому облучению и инициирует при этом полимеризацию.

Механизм работы предложенного тканевого клея состоит в том, что попадая в область надреза органа, клей, находясь еще в жидком состоянии, принимает форму этого надреза. Как только происходит контакт с тканью, жидкость начинается превращаться в гель, образуя прочный контакт. После этого с помощью ультрафиолетовых импульсов можно дополнительно сшить молекулы полимерного материала клея, точно разместив и закрепив его на ткани.

В результате этого образуется прочный упругий стык, который выдерживает сильные деформации, при этом не отрываясь от ткани и не образуя дырок в образовавшемся материале. Кроме того, материал является биоразлагемым, поэтому со временем он заменяется на новообразовавшуюся ткань.

Необходимый гидрогель разных концентраций ученые получили из тропоэластина и метакрилового ангидрида. Модуль упругости полученного после полимеризации материала составил от 16 до 50 килопаскалей. Сначала ученые проверили in vitro механические свойства материала на стандартных моделях. Прочность соединения при сдвиге составила от 30 до 80 килопаскалей, сила адгезии достигала 76 килопаскалей, а максимальное удлинение составило 120 процентов. По всем этим параметрам, новый материал значительно превосходит используемые сейчас аналоги.

Для оценки биоразлагаемости этого материала клей ввели под кожу крысам и наблюдали за его изменениями в течение 84 суток. Во всех случаях наблюдалась разложение материала, а в 5 процентах за это время материал разлагался полностью. Ученые отмечают, что полное разложение не должно происходить раньше, чем ткань полностью залечится, поэтому слабая степень контроля скорости биоразложения — одно из немногих слабых мест предлагаемого материала.

Непосредственная проверка работы клея на хирургических надрезах проводилась ex vivo на модельных объектах и in vivo на легких и артериях крыс и свиных легких. Эксперимент проводился в течение четырех недель, и за это время никаких побочных клинических эффектов обнаружено не было. Все животные выжили, а циркуляция крови в организмах проходила в нормальном режиме.

По словам ученых, полученные результаты являются весьма обнадеживающими. Поэтому уже в самое ближайшее время они планируют перейти к клиническим испытаниям.

Использование биоорганических веществ или даже биоорганизмов для получения материалов с необходимыми механическими свойствами — не редкость. Так, используя паучий белок и целлюлозу, коллектив британских ученых смог получить дешевые сверхпрочные микронити. А другая группа ученых использовала бактерий для залечивания трещин в цементе.

Александр Дубов