Il super adesivo (ispirato alle lumache) che ripara le ferite

Se indossare un cerotto è un’ardua impresa quando la pelle è umida, pensate a quanto può essere complicata la riparazione di una lesione interna a causa di sangue, siero e altri fluidi che si trovano nel nostro organismo. Le colle chirurgiche, spesso utilizzate in sostituzione delle tradizionali tecniche di sutura della ferita, presentano vantaggi, quali ridurre il rischio di lesioni o danni nel sito della ferita, infezioni, permanenza di antiestetiche cicatrici. Tuttavia, molti dei prodotti adesivi ad oggi utilizzati possono essere tossici per le cellule, inflessibili una volta asciutti, non in grado di adattarsi alla dinamicità di un organo in movimento, o non legarsi fortemente al tessuto biologico.

Con l’intento di superare questi limiti, un team di ricercatori del Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering e della Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) ha sviluppato un nuovo adesivo incredibilmente resistente, non tossico, biocompatibile, flessibile, che può aderire ai tessuti dinamici in movimento, anche in presenza di sangue o altri liquidi. La ricerca è stata riportata sulla prestigiosa rivista Science.  Afferma Dave Mooney, uno degli autori: “La caratteristica chiave del nostro materiale è la combinazione di una forza adesiva molto forte e la capacità di trasferire e dissipare lo stress, caratteristiche finora mai integrate in un singolo adesivo”.

Per aggiungere un elemento ancora più sorprendente, l’ispirazione per questo “super-adesivo” arriva dalla bava delle lumache.

L'ISPIRAZIONE DIETRO UNA LUMACA

Il Dusky Arion (Arion subfuscus), è un tipo di lumaca comune in Europa e in alcune parti degli Stati Uniti. La sua particolarità è quella di secernere uno speciale tipo di muco quando si sente minacciata, “incollando” sul posto il predatore. Studi precedenti avevano già analizzato la composizione del muco, che era risultato composto da una rete di cariche positive immerse in una dura matrice.

Imitando questa sostanza, Jianyu Li e colleghi hanno sviluppato un idrogel a doppio strato costituito da una matrice resistente di alginato-poliacrilammide (“tough gel”, “gel tenace”, nell’immagine sottostante) e una superficie adesiva ottenuta grazie a grandi molecole caricate positivamente (“adhesive layer”, strato adesivo”), capaci di aderire a tessuti biologici asciutti e umidi, come pelle di maiale, cartilagini, cuore, arterie e fegato, senza risultare tossico per le cellule.

La lumaca Arion subfuscus, dal cui muco gli scienziati hanno tratto ispirazione per il "super-adesivo". Photo credit: ShutterStock
La lumaca Arion subfuscus, dal cui muco gli scienziati hanno tratto ispirazione per il "super-adesivo". Photo credit: ShutterStock
Le componenti del "super-adesivo". Screen ottenuto da https://www.youtube.com/watch?time_continue=3&v=TyG4yFfCwj8
Le componenti del "super-adesivo". Screen ottenuto da https://www.youtube.com/watch?time_continue=3&v=TyG4yFfCwj8

Lo strato adesivo si lega ai tessuti biologici attraverso tre meccanismi: attrazione elettrostatica con le superfici delle cellule (che sono cariche negativamente), legami covalenti tra atomi vicini e compenetrazione fisica, rendendo l’adesivo estremamente resistente. Ma lo strato di matrice è ugualmente importante, in quanto consente all’innovativo adesivo un elevatissimo grado di deformazione.

Il nuovo materiale ibrido è risultato in grado di legarsi a tessuti in maniera più forte di qualsiasi altro materiale ad oggi disponibile: nei test sperimentali, per spezzare il legame dello strato adesivo è stata necessaria un’energia più di tre volte superiore rispetto ad altri adesivi di ambito medicale. Quando infine il prodotto ha ceduto è stato esclusivamente a causa del gel, e non del legame tra l’adesivo e il tessuto, dimostrando un livello senza precedenti di forza di adesione e robustezza della matrice. L’adesivo è inoltre in grado di allungarsi fino a 20 volte la sua lunghezza iniziale e può essere modellato e personalizzato in varie forme.

Lo strato adesivo (carico positivamente) si lega ai tessuti biologici (carichi negativamente). Screen ottenuto da https://www.youtube.com/watch?time_continue=3&v=TyG4yFfCwj8
Lo strato adesivo (carico positivamente) si lega ai tessuti biologici (carichi negativamente). Screen ottenuto da https://www.youtube.com/watch?time_continue=3&v=TyG4yFfCwj8

IL TEST SUI TESSUTI

I ricercatori hanno testato il loro adesivo su una varietà di tessuti e organi, inclusi pelle, cartilagine, cuore, arterie, fegato, confermando ogni volta la maggiore capacità di adesione rispetto ad altri dispositivi già esistenti. L’adesivo ha inoltre mantenuto la sua stabilità e capacità di adesione anche a superfici umide e dinamiche, come dimostrato in alcuni ratti (nei quali è stato impiantato per due settimane) e in un maiale (il gel è stato usato per sigillare un foro praticato in un cuore di maiale sottoposto meccanicamente a decine di migliaia di cicli di pompaggio). Inoltre, applicato ad un modello di emorragia epatica nei topi, non ha causato danni ai tessuti o aderenze ai tessuti circostanti – effetti collaterali che, al contrario, erano stati osservati sia per le colle chirurgiche che per un adesivo a base di trombina commerciale.

L’adesivo è estremamente flessibile, e in grado di allungarsi fino a 20 volte la sua lunghezza iniziale. Screen ottenuto da https://www.youtube.com/watch?time_continue=3&v=TyG4yFfCwj8
L’adesivo è estremamente flessibile, e in grado di allungarsi fino a 20 volte la sua lunghezza iniziale. Screen ottenuto da https://www.youtube.com/watch?time_continue=3&v=TyG4yFfCwj8

Questa famiglia di adesivi resistenti ha applicazioni ad ampio spettro”, conferma il co-autore Adam Celiz, docente presso il Dipartimento di Bioingegneria dell’Imperial College di Londra. Potrebbe infatti essere utilizzato come cerotto (adattato con dimensioni desiderate) applicato a molti tessuti tra cui ossa, cartilagine, tendini o pleura, o come soluzione iniettabile per lesioni più profonde. In una prospettiva futura, dichiara Celiz, “potremmo produrre questi adesivi con materiali biodegradabili, in modo che si decompongano una volta guarita la ferita”.

La natura ha spesso già trovato soluzioni eleganti a problemi comuni; è una questione di sapere dove guardare e riconoscere una buona idea quando ne vedi una”, conclude il direttore fondatore di Wyss, Donald Ingber. “Siamo entusiasti di vedere come questa tecnologia, ispirata a una semplice lumaca, possa trasformarsi in una nuova tecnologia per la riparazione chirurgica e la guarigione delle ferite”.

 

Per maggiori informazioni:

http://jeb.biologists.org/content/218/19/3128

https://wyss.harvard.edu/sticky-when-wet-strong-adhesives-for-wound-healing/

https://wyss.harvard.edu/technology/strong-stretchy-hydrogel-adhesives-that-can-seal-wounds-almost-anywhere-in-the-body/

https://www.youtube.com/watch?time_continue=3&v=TyG4yFfCwj8

 

Traduzione dall’inglese e adattamento a cura dell’Editore.

NOTA BENE: l’Università Vita-Salute San Raffaele e l’IRCCS Ospedale San Raffaele non si occupano della produzione, distribuzione e/o impianto del gel adesivo descritto nell’articolo.

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