Aki próbált már nedves bőrre sebtapaszt ragasztani, az pontosan tudja, mennyire hiábavaló az erőfeszítés: akárhogy ügyeskedünk, úgyis lejön. Pedig még csak nem is a nedves bőr a legnagyobb kihívás az orvosi ragasztóanyagok számára. Testünk belseje tele van mindenféle folyadékkal – vérrel, vérsavóval, szövetnedvvel –, amelyek megnehezítik a belső sérülések gyógyulását. Pillanatragasztóval ugyanakkor mégsem eshetünk neki egy sebnek, hiszen a legtöbb nem-orvosi ragasztóanyag nemcsak mérgező, de megkötve elveszti rugalmasságát, és nem is tapad erősen a biológiai szövetekhez.
A Harvard Egyetem kutatóintézeteinek biomérnökei ezért olyan szupererős ragasztóanyagot fejlesztettek ki, amely biokompatibilis – vagyis barátságos a szervezetünk számára –, és nedvesen is olyan erővel tapad az élő szövethez, mintha a testünk része, mondjuk a saját porcunk volna.
„Anyagunk legfontosabb jellemzője, hogy rendkívüli tapadókészsége a rá ható erők átadásának és elnyelésének képességével párosul. E tulajdonságokat még egyetlen korábbi ragasztóanyagban sem sikerült ötvözni" – nyilatkozta Dave Mooney, a Harvard égisze alatt működő Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering professzora és a Science-ben publikált közlemény rangidős szerzője.
Amikor a cikket vezető szerzőként jegyző Jianyu Li, akkoriban a Wyss Institute, ma a McGill University munkatársa elkezdett töprengeni az orvosi ragasztóanyagok tulajdonságainak javításán, a megoldás váratlan helyről köszönt rá: a kulcsfontosságú ötletet egy meztelencsiga szolgáltatta.
Az élénk csupaszcsiga (Arion subfuscus), amely Európa-szerte és Észak-Amerika egyes területein is elterjedt, fenyegetett helyzetben olyan sajátos nyálkát választ ki, amely odaragasztja őt az aljzathoz, s ezzel igencsak megnehezíti egy esetleges ragadozó dolgát, aki megpróbálná őt lepiszkálni onnan. Korábbi kutatásokból ismeretes volt, hogy a speciális nyálka alapját egy sűrű vivőanyag képezi, amelybe pozitív töltésű fehérjék keverednek. Li és munkatársai a csiga példáján okulva olyan kettős rétegű hidrogélt (magas víztartalmú zselés anyagot) kísérleteztek ki, amelyben egy alginátból és poliakrilamidból álló térhálós gél felszínére pozitív töltésű polimereket hordozó tapadóréteget vittek fel.
E polimerek háromféle mechanizmussal tapadnak a biológiai szövethez: a negatívan töltött sejtfelszínek iránti elektrosztatikus vonzás útján, a szomszédos atomokkal létesített kovalens kötések által, és fizikailag a környező molekulák közé ékelődve.
E három hatás együttesen páratlan erejű kötődést biztosít.
Nem elhanyagolható ugyanakkor a polimer-réteget hordozó gélmátrix szerepe sem: „A legtöbb korábbi anyag tervezői kizárólag a szövet és a ragasztó közötti határfelületre koncentráltak. A mi ragasztóanyagunk viszont a hordozó mátrix révén képes elnyelni a rá ható erőket, így jelentős mértékben deformálódhat anélkül, hogy elszakadna" – emelte ki Li.
A csoport úgy alakította ki a hordozó mátrix összetételét, hogy az alginát gélbe kalciumionokat kevert, amelyek ionos kötésekkel kapcsolódnak az alginát térhálóhoz. Külső erőhatásra először ezek a „beáldozható" ionos kötések szakadnak el, így a mátrix nagy mennyiségű energiát nyelhet el, mielőtt a szerkezete ténylegesen károsodna. Kísérleti tesztekben más orvosi ragasztókkal összevetve az új anyag több mint háromszor akkora erőhatást viselt el, mielőtt elengedett volna, és amikor végül elszakadt, akkor sem a szövet és a ragasztófelület közötti kölcsönhatás bomlott meg, hanem a hordozó gél nem bírta tovább a feszültséget.
A kutatók egy sor különféle sertés-szöveten – szárazakon és nedveseken egyaránt – kipróbálták a ragasztót. A tesztek során az új anyag minden más orvosi ragasztónál erősebben kötődött a bőrhöz, porchoz, szívhez, artériához és májhoz. A szívós ragasztó még akkor is megőrizte stabilitását és kötőképességét, amikor két hétre élő patkányba ültették, vagy amikor befoltoztak vele egy lyukat egy kioperált disznószíven, és a szívet több tízezerszer mechanikusan felfújták és leeresztették, hogy imitálják az élő szerv erőteljes pumpamozgását.
A szívre erősített tapasz annak ellenére sem engedett el, hogy a folt területe minden felfújásnál a kétszeresére nőtt.
Lényeges, hogy a ragasztóanyag nem károsította az élő szövetet, és vérző májsérülésre alkalmazva nem okozott nemkívánatos összenövéseket a környező szövetek között, noha pillanatragasztó vagy orvosi célra kapható trombin-alapú ragasztóanyag használata esetén gyakran fellépnek ezek a mellékhatások.
Előnyös tulajdonságainak köszönhetően az új ragasztóanyag számos orvosi feladatkörben hasznosnak bizonyulhat majd: készülhet belőle méretre vágható és szövetfelszínre applikálható tapasz, vagy mélyebb szöveti sérülések helyére fecskendezhető oldat. Alkalmas lehet továbbá arra is, hogy a helyén tartson egy beültetett orvosi eszközt, például egy pacemakert a szív felszínén. „Az ellenálló ragasztóanyagok ezen új családja széles körben felhasználható – erősíti meg Adam Celiz, a londoni Imperial College biomérnöki karának előadója. –
Mivel biológiailag lebomló anyagból készülnek, feladatuk betöltése után lassan felszívódnak a szervezetben.
Akár lágyanyag-robotikával is kombinálhatjuk a technológiát, ha ragadós robotokat akarunk létrehozni, vagy újfajta gyógyszerhordozóként alkalmazhatjuk őket a gyógyszermolekulák célba juttatására."
„A legtöbb közönséges problémára a természet általában már megtalálta az elegáns megoldást. Csak tudni kell, hol keressünk, és észre kell venni, ha rábukkantunk egy jó ötletre – ad útmutatást kutatók számára Donald Ingber, a Wyss Institute alapító igazgatója. – Izgalommal figyeljük, ahogy egy jelentéktelen küllemű csupaszcsiga inspirálta módszer újfajta sebészi sebgyógyító és sebzáró technológiává növi ki magát."