"Klej" inspirowany naturą w zespoleniu kości
Organizmy morskie, w tym małże, wytwarzają kleje odporne na wodę i turbulencje środowiska, aby przytwierdzić się solidnie do powierzchni. Naukowcy postanowili czerpać z nich inspirację przy opracowywaniu środków spajających do zastosowań w chirurgii. Już teraz kleje biologiczne inspirowane organizmami morskimi stosuje się w tkankach miękkich (np. w leczeniu ran), lecz wymagają dalszego dopracowania, jeśli mają być stosowane w twardych tkankach, takich jak kości. Podczas finansowanego przez UE projektu DIADOM (Marine inspired biosilica-filled hydrogels) połączono kleje biologiczne z małży z krzemionką morską, aby przyspieszać mineralizację i wzrost kości. Punktem wyjścia był opracowany wcześniej hydrożel, przypominający klej wytwarzany przez omułka jadalnego (Mytilus edulis). Aby połączyć hydrożel z krzemionką biologiczną, wykorzystali występujące w przyrodzie reakcje chemiczne wiązania aminokwasów w białka. Kiedy zespół przetestował właściwości mechaniczne kleju w postaci hydrożelu, okazało się, że żel usieciowany krzemionką biologiczną ma większą wytrzymałość na przykładane siły mechaniczne niż sam hydrożel. Ponadto, układ hydrożel-krzemionka biologiczna żelował się w mniej niż trzy minuty, co sugeruje, że będzie odpowiedni do klejenia fragmentów kości i szybkiego zamykania ran podczas zabiegów chirurgicznych. Jako że w projekcie DIADOM korzystano z naturalnej krzemionki pozyskanej z organizmów morskich, badacze musieli upewnić się, że nie będzie ona toksyczna dla komórek człowieka. Najpierw przetestowano toksyczność krzemionki biologicznej z alg z rzeki Mississippi na komórkach myszy. Następnie badacze testowali na myszach układ hydrożel-krzemionka, aby sprawdzić, czy wywołuje stany zapalne oraz czy wpływa na działanie nerek, śledziony i wątroby. Po potwierdzeniu, że układ ten nie jest toksyczny dla myszy, badacze przetestowali go na komórkach człowieka pod kątem odpowiedzi komórek kości. Wprawdzie nie stwierdzono objawów toksyczności, jednak komórki słabo wiązały się do hydrożelu i dalsze badania układu nie były możliwe. Uczestnicy projektu DIADOM dowiedli istotnych zalet zainspirowanego przyrodą kleju do szybkiego i łatwego tworzenia mocnych zespoleń kości. Wprawdzie jego zdolność do wiązania powierzchni i wytrzymywania sił mechanicznych wymaga poprawy zanim pacjenci będą mogli czerpać z niego korzyści, to zakres jego zastosowań w biomedycynie jest obiecujący.
Słowa kluczowe
Złamania kości, klej chirurgiczny, małże, organizmy morskie, kleje biologiczne, krzemionka biologiczna, hydrożele