Bahkan dengan kemajuan kedokteran modern, dokter masih menyegel luka dengan teknik yang tampaknya lebih cocok untuk lingkaran kerajinan daripada ruang operasi: staples, perlengkapan menjahit dan lem. Berkat penemuan baru, ilmu perekat medis bisa mendapatkan perombakan modern. Para peneliti benar-benar menyerahkan batu untuk menyusun lem super-kuat baru dari sumber yang tidak mungkin — siput.
Konten terkait
- Superglue yang Lebih Super Bisa Membantu Membuat Robot Seperti-Jelly
- Lem yang Terbuat dari Lendir Kerang Bisa Mencegah Bekas Luka
Standar emas saat ini dalam perekat medis tidak lain adalah superglue. Senyawa aktif dalam superglue, cyanoacrylate, adalah zat terberat di luar sana, tetapi menjadi kuat adalah semua yang terjadi untuk itu. Superglue tidak akan menempel pada permukaan basah, yang cenderung menjadi masalah dengan luka berdarah. Setelah diaplikasikan pada permukaan yang kering, itu segera membeku menjadi plastik kaku dan pantang menyerah yang bukan bergerak dengan tubuh selama penyembuhan. Yang terpenting, ini bisa menjadi racun bagi sel hidup.
"Kadang-kadang itu mengejutkan, bukan?" Kata David Mooney dari metode menjahit pedesaan yang tersedia untuk dokter. Mooney adalah seorang profesor bioteknologi di Universitas Harvard yang penelitiannya mencari dunia alami untuk merancang bahan-bahan baru untuk aplikasi medis. "Selama proses evolusi, organisme harus menghadapi sejumlah situasi berbeda, " katanya. Mungkin butuh sejuta tahun, tetapi pada waktu itu suatu organisme dapat menemukan cara yang paling elegan dan efektif untuk membangun kembali cangkang atau menambal luka. Manusia meraih pistol pokok.
Mooney dan timnya mencoba dan membawa sedikit kemahiran kerajaan hewan ke dalam solusi buatan manusia untuk masalah. Mereka menyebutnya "bioinspirasi." Jianyu Li, seorang postdoctoral fellow di lab Mooney, memulai pencarian kandidat teladan yang merupakan benteng kekuatan dan fleksibilitas yang dibutuhkan untuk menutup luka dan menyelamatkan nyawa dalam pengaturan bedah. Setelah meneliti literatur, “[kami] menemukan makhluk yang sangat fantastis ini, ” kata Li. "Siput itu."
Arion subfuscus adalah siput oranye biasa yang hidup di daerah beriklim utara di seluruh dunia. Lendir pelindungnya telah mengilhami lem medis baru. (Wikimedia Commons) Arion subfuscus , siput yang dimaksud, mungkin tampak seperti kandidat yang tidak mungkin. Moluska oranye berkarat yang sederhana ini menjalani kehidupan sederhana di kebun dan di bawah batang kayu di daerah beriklim utara di seluruh dunia, mengurus bisnis mereka sendiri. Begitulah, sampai sesuatu mengacaukan mereka. Jika pemangsa yang lapar mencoba untuk menggigit, siput itu meledakkan cache lendir yang defensif.
"Ketika saya menemukan siput ini dan mengambil salah satunya, saya tahu bahan ini benar-benar menakjubkan, " kata Andrew Smith, seorang profesor biologi di Ithaca College dan seorang ahli dalam sifat biokimia dari lendir moluska yang tidak terlibat dalam penelitian ini. . "Ini benar-benar mengalir dari bagian belakang siput dan menetapkan dalam hitungan detik menjadi benar-benar tangguh, gel elastis, " katanya.
“Hal yang membuatnya menarik adalah bahannya sangat keras, ” kata Smith. Ini dapat direntangkan lebih dari 10 kali panjangnya sendiri, seperti karet gelang yang tidak akan patah. Itu bisa mengeras, tetapi tetap fleksibel. Tidak seperti superglue, ini akan bekerja pada permukaan basah. Dan itu super, sangat lengket. Faktanya, Smith masih berjuang untuk menghapus peralatan labnya.
Diperbaiki oleh kekuatan lendir, ia berangkat untuk mencari tahu cara kerjanya.
“Gel khas seperti Jell-o kaku, tetapi rapuh — jika Anda menekan sendok maka akan pecah, ” kata Smith. Siput telah menemukan cara untuk menjadi kuat di mana makanan penutup agar-agar lemah. Dia menemukan bahwa lendir adalah air 97 persen, tetapi dijalin dengan dua polimer berbeda. Yang pertama diatur seperti jaring jala; itu memberikan tulang punggung yang kuat. Tersangkut melalui mesh adalah rantai polimer luas yang menjaga mesh dirajut bersama ketika direntangkan jarak jauh. Ini disebut matriks ganda adalah kunci untuk kekuatan dan fleksibilitas lendir siput.
Kemudian siput membuat semuanya lengket dengan melapisinya dengan protein bermuatan positif yang bertindak seperti velcro atom, mengikatnya dengan muatan negatif pada permukaan jaringan. Hasil bersihnya? Mulut penuh lem kedap air ketika predator masuk untuk camilan siput. Atau, inspirasi sempurna untuk perekat medis ultra-kuat yang baru.
Perekat yang kuat ini diaplikasikan pada jantung babi dan diregangkan untuk menunjukkan daya rekat dan daya tahan yang kuat. (Kredit: Jianyu Li et al., Sains 2017)Berdasarkan karya Smith yang mengkarakterisasi lendir siput, Li berangkat untuk meniru sifat-sifatnya dalam perekat sintetis. Mooney dan Li menunjukkan bahwa tidak ada makhluk kebun yang akan dirugikan untuk membuat penemuan mereka. "Kami tidak memiliki unsur lendir siput dalam bahan kami, " kata Mooney. "Kami menggunakannya sebagai inspirasi."
Setelah beberapa tahun coba-coba, Li menghasilkan prototipe yang dengan sempurna meniru sifat-sifat matriks ganda siput yang tahan lama, yang mereka gambarkan dalam sebuah penelitian hari ini di jurnal Science . Lapisan atas adalah hidrogel yang dapat dipotong sesuai ukuran yang dibutuhkan. Lapisan kedua diaplikasikan sebagai cairan ke hidrogel dan mengaktifkan ikatan kimia. "Ini selotip Scotch yang melekat pada sesuatu yang sangat elastis dan dapat dengan mudah bergerak dengan tisu, " kata Mooney.
Perekat baru ini menyentuh titik manis saat menentukan waktu dalam pengaturan bedah juga. "Ini tidak seperti jika Anda tidak sengaja menyentuhnya ke kulit Anda macet dan Anda tidak bisa melepaskannya, " kata Mooney. Ahli bedah akan memiliki sekitar 10 detik untuk menempatkan perekat ke tempatnya. Setelah dipasang, bahan perekat ”dapat mengakomodasi stres dan ketegangan yang dialami oleh jaringan, ” kata Li — strain seperti detak jantung, pernapasan, dan gerakan.
Dengan prototipe, tim menguji perekatnya. Mereka melakukan eksperimen peregangan mekanis, menggunakan perekat untuk menambal hati tikus yang terluka, dan bahkan menunjukkan kekuatannya dalam menyegel cacat besar pada jantung babi yang berdetak. Dalam setiap percobaan, perekat yang terinspirasi oleh siput mereka mengungguli semua produk yang tersedia secara komersial, bergerak secara fleksibel dengan hati penyembuhan dan jantung yang memompa, semuanya tanpa toksisitas.
Strategi tim melihat ke alam untuk memecahkan masalah adalah nilai yang dibagikan oleh Phillip Messersmith, seorang profesor bioteknologi dan ilmu material di University of California Berkeley yang penelitiannya menggunakan kerang sebagai bioinspirasi untuk perekat. "Ini benar-benar studi yang sangat penting, " katanya. "Dilakukan dengan sangat baik, dan dengan implikasi penting untuk aplikasi medis." Meskipun Messersmith tidak memiliki reservasi teknis, ia mencatat bahwa setiap aplikasi bedah masa depan akan membutuhkan bahan yang dapat terurai secara hayati.
Untungnya, versi biodegradable dari perekat ini ada di map berikutnya. Dengan paten yang tertunda, Li dan Mooney juga berencana untuk menilai apakah penemuan mereka dapat digunakan dengan aman pada manusia. "Pada pasien manusia, keselamatan adalah yang terpenting sehingga akan ada studi jangka panjang untuk memiliki tingkat kepercayaan yang tinggi terhadap keselamatan, " kata Mooney. Mereka juga mengembangkan versi perekat yang dapat disuntikkan ke tempat yang sulit dijangkau yang perlu diperbaiki. Terinspirasi oleh siput sederhana di bawah bebatuan di taman Anda, tampaknya langit adalah batas untuk penemuan ini.
"Kami telah mengerjakan siput untuk sementara waktu, dan saya benar-benar yakin bahwa ini akan mengarah pada sesuatu yang baik, " kata Smith. "Saya selalu merasa bahwa siput ini luar biasa dan berpotensi menyebabkan lem yang sangat berguna, dan wow — mereka benar-benar menunjukkan."
