Новый хирургический клей заменит нити и скобы

Администратор 28 Июля в 3:46 174 0
Новый хирургический клей заменит нити и скобы
Нетоксичный хирургический клей, полученный из протеинов мидий и других живых существ, может превзойти по своему потенциалу все существующие нити и скобы для сшивания ран.

Значение продукта сложно переоценить: ежегодно на планете выполняется 230 миллионов хирургических операций, а количество травм только в Америке достигает 12 миллионов в год. Большинство пациентов не обходятся без наложения швов.

«Хирургические нити и скобы значительно уступают адгезивным материалам – это болезненно и некомфортно для пациента, сопряжено с повышенным риском инфекций и травмирования здоровых тканей», - поясняет доктор Джули Лю (Julie Liu), преподаватель химической технологии и биомедицинского инжиниринга в Университете Пердью (США).

К сожалению, большинство адгезивных материалов плохо работают во влажной среде, коей является послеоперационная рана. Вода нарушает процесс склеивания. Разработчики адгезивных материалов сталкиваются с еще одной проблемой: хирургический клей должен быть 100% нетоксичным и биосовместимым.

«Современные составы хирургического клея не отвечают предъявляемым критериям. Мы разработали вдохновленную природой протеиновую систему для надежной адгезии в водной среде, полностью биосовместимую и безопасную для организма. Кроме того, наш состав является «умным», его можно адаптировать к конкретной сфере применения», - говорит Лю.

Путь к созданию умного хирургического клея

Пытаясь найти альтернативу шовному материалу, биотехнологи изучали природные адгезивные вещества. В частности, клейкие вещества подводных существ, которые изначально функционируют в условиях 100% влажности. Этот подход принес долгожданные плоды.

Оказалось, что подводные черви Phragmatopoma californica и мидии продуцируют адгезивные компоненты на основе аминокислоты 3,4-дигидроксифенилаланина (DOPA), обеспечивающие непревзойденное склеивание биологических материалов под водой. Детали исследования доктора Лю и ее команды впервые публиковались в апреле 2017 года в журнале Biomaterials. Сегодня ученые достигли существенных успехов, которыми делятся с нами.

Одобренные FDA хирургические адгезивы далеки от совершенства. Многие демонстрируют токсические свойства, некоторые даже могут трансформироваться в канцерогенные метаболиты. Есть и такие, которые производятся из компонентов человеческой крови и могут распространять опасные трансмиссивные инфекции (ВИЧ, гепатит).

«Что более важно, подавляющее большинство хирургических клеев попросту не обеспечивают достаточной адгезии в исключительно влажной среде. В инструкциях к этим адгезивам содержится требование тщательно высушить область нанесения – это немыслимо в реальных условиях хирургической операции», - напоминает доктор Лю.

Принимая во внимание все перечисленные требования, сотрудники Университета Пердью разработали «эластиноподобный полипептид» под индексом ELY16, или ELP.

Прототип нового клея содержит аминокислоту тирозин и эластин – высокоэластичный протеин соединительной ткани. Продукт модифицировали добавлением фермента тирозиназы, которая трансформирует тирозин в упомянутый 3,4-дигидроксифенилаланин и образует mELY16. Оба вещества - ELY16 и mELY16 – безопасны для теплокровных и отлично работают в экстремально влажной среде. Модификация тирозина до DOPA резко повышает адгезивные свойства продукта и позволяет «настраивать» их в зависимости от области использования.

«Насколько мы знаем, mELY16 образует самые прочные связи среди всех искусственных протеинов, которые применяются для влажной среды. При этом данная опция коммерчески более целесообразна, чем любые ее натуральные аналоги», - говорится в заявлении биотехнологов.

Испытания клея и многообещающие результаты

А как же безопасность?

Можно ли гарантировать, что новый хирургический клей не вызовет потенциально опасных осложнений, не станет причиной рака или других серьезных заболеваний?

Гарантировать на данном этапе разработки ничего нельзя, однако предварительные испытания подтверждают безопасность ELY16 и mELY16 для организма.

«Биосовместимость продукта превосходная благодаря применению человеческого эластина – природного компонента соединительной ткани. Наша цель – имитировать адгезию протеинов мидий и избежать активного взаимодействия с организмом хозяина – достигнута», - уверяет доктор Лю.

В ходе сравнительных испытаний в экстремально влажной среде новый хирургический клей на основе mELY16 превзошел по всем показателям одобренные FDA аналоги. Результат испытаний был настолько впечатляющим, что сегодня авторы не боятся говорить о будущей замене хирургических нитей и скоб флакончиком универсального клея.

Безопасность клея пока тестировали на культуре мышиных клеток-фибробластов NIH/3T3. Их нередко применяют для оценки токсичности экспериментальных материалов и препаратов в разных концентрациях. Оба адгезива - ELY16 и mELY16 – прошли испытание на «отлично».

Во всех группах клеток жизнеспособность превышала 95%.

Коацерваты из кишечной палочки

«Наши протеины с DOPA значительно лучше склеиваются. Эластиноподобные полипептиды обладают способностью образовывать коацерваты – коллоидные скопления. Разделение на две жидкие фазы, одна из которых плотнее и богаче протеинами, имитирует естественный процесс адгезии у подводных червей», - поясняют преимущества клея ученые.

Именно способность эластина к коацервации, которую авторы демонстрируют в пробирке на фотографии, гарантирует успех применения клея в условиях 100% влажности. Эластиноподобные полипептиды образуют многочисленные перекрестные связи, которые могут очень прочно удерживать разрезанные ткани и обеспечивать их заживление.

По словам доктора Лю, эластиноподобный полипептид легко получить в промышленных масштабах из бактерий Escherichia coli – кишечной палочки. Его способность к коацервации можно «настроить» для применения в разной среде, в зависимости от температуры, рН и солености.

Таким образом, биотехнологические компании в перспективе наладят выпуск хирургических клеев разных марок для применения в тех или иных органах, тканях или клинических ситуациях.

Будущие исследования помогут оптимизировать состав клея и расширить его возможности.
Похожие статьи
показать еще