Znajdź zawartość

W laboratoriach Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego powstał samonaprawiający się hydrożel, który z pewnością znajdzie zastosowanie w medycynie, np. w funkcji szwów czy transporterów leków, oraz przemyśle. Na zasadzie zamka błyskawicznego żel wiąże się w ciągu zaledwie kilku sekund, w dodatku na tyle mocno, że wytrzyma wielokrotne rozciąganie. Hydrożele powstają z łańcuchów polimeru. Ponieważ są galaretowate, przypominają tkanki miękkie. Wcześniej naukowcy nie potrafili uzyskać błyskawicznie samonaprawiających się żeli, co ograniczało ich zastosowania. Zespół Shyni Varghese poradził sobie z tym wyzwaniem, wykorzystując wolne łańcuchy boczne. Wystają one ze struktury pierwotnej (pierwszorzędowej) jak palce z dłoni i mogą się o siebie zaczepiać. Samonaprawa to jedna z podstawowych właściwości tkanek żywych, która pozwala im przetrwać powtarzające się uszkodzenia. Nic więc dziwnego, że akademicy nie ustawali w próbach stworzenia sztucznego materiału o podobnych zdolnościach. Podczas projektowania cząsteczek łańcuchów bocznych zespół korzystał z symulacji komputerowych. Ujawniły one, że zdolność hydrożelu do samonaprawy zależy od długości "palców". Kiedy w kwasowym roztworze umieszczano dwa cylindry z hydrożelu z łańcuchami bocznymi o optymalnej długości, natychmiast do siebie przywierały. Dalsze eksperymenty pokazały, że manipulując pH roztworu, kawałki hydrożelu można łatwo spajać (niskie pH) lub odłączać (wysokie pH). Proces wielokrotnie powtarzano, bez szkody dla siły związania. Ameya Phadke, doktorantka z laboratorium Varghese, podkreśla, że elastyczność i wytrzymałość hydrożelu w kwaśnym środowisku, takim jak w żołądku, pozwala myśleć o tym materiale w kontekście łatania perforacji żołądka czy kontrolowanego dostarczania leków na wrzody. Zespół uważa, że samonaprawiający się materiał można by wykorzystać w likwidowaniu przecieków kwasów z uszkodzonych pojemników. Gdy w plastikowym pojemniku wycięto otwór, hydrożel ją zatkał i zahamował wypływ kwasu. W przyszłości Amerykanie zamierzają uzyskać hydrożele działające przy innych niż kwasowe wartościach pH.

Na Worcester Polytechnic Institute (WPI) powstała nowatorska technika, dzięki której chirurg może dostarczyć komórki macierzyste do wybranych obszarów ciała, by naprawić uszkodzone tkanki. Szczególnie przydatna będzie ona w leczeniu serca u osób, które przeszły zawał. Obecnie mezenchymalne komórki macierzyste (hMSC) wstrzykuje się do krwioobiegu lub bezpośrednio do uszkodzonej tkanki, ale metoda taka jest mało skuteczna, bowiem przeżywa i przyczepia się do tkanki mniej niż 15% komórek. Opracowana na WPI technologia zakłada wykorzystanie polimerowych mikronici do tworzenia szwów i wypełnienie ich komórkami macierzystymi. Uczeni udowodnili, że komórki macierzyste są w stanie namnażać się i różnicować na takich mikroniciach. Ta technologia to potencjalnie potężne narzędzie pozwalające dostarczyć komórki macierzyste dokładnie tam, gdzie są potrzebne, czy to będzie uszkodzone serce czy inna tkanka - mówi profesor Glenn Gaudette, główny autor badań. Gaudette, chcąc poradzić sobie z problemem dostarczania komórek macierzystych, poprosił o pomoc profesora George'a Pinsa. Ten stworzył mikrowłókna z fibryny, białka wykorzystywanego podczas procesu krzepnięcia krwi. Włókna Pinsa można dostosowywać do potrzeb - mogą mieć różną wytrzymałość na rozciąganie i charakteryzować się różnym tempem rozpuszczania się. Gaudette przeprowadził testy włókien, pokrywając je niewielką liczbą komórek macierzystych i hodując przez pięć dni. Okazało się, że komórki namnażały się, w efekcie czego na 2-centymetrowym włóknie zgromadziło się ich aż 10 000. Takie włókno umieszczono następnie w środowisku, które symulowało ludzkie serce. Badania wykazały, że większość komórek przeżyła symulowany proces szycia i przyczepiły się one do tkanki. To sugeruje, iż podobnie stanie się podczas prawdziwej operacji. Kolejne testy wykazały również, że hMSC na mikrowłóknach mogą tworzyć różnego rodzaju tkankę, w tym kostną. Wydaje się, że te komórki zachowują się tak samo, jak hMSC in vivo - mówi Gaudette. Uważamy to za pierwszy dowód, że możemy w ten sposób dostarczyć je wszędzie tam, gdzie chirurg zakłada szwy - dodaje uczony.

Larwy pszczół wytwarzają jedwabny oprzęd, by wzmocnić woskowe ścianki lokum, w którym dochodzi do przepoczwarzenia. Naukowcy z australijskiego CSIRO (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation) uzyskali tę nić sztucznie, modyfikując genetycznie bakterie Escherichia coli. Badacze ręcznie wyciągali doskonałej jakości nić z "zupy" białek jedwabiu. Nie ustępowała ona wytrzymałością nici pozyskiwanej z gruczołu przędnego. By wytworzyć białka jedwabiu, posłużyliśmy się zrekombinowanymi komórkami E. coli, które we właściwych warunkach same organizowały się w sposób przypominający budowę gruczołu przędnego pszczół. Wiedzieliśmy wcześniej, że włókna można ręcznie wyciągać z zawartości owadzich gruczołów, dlatego wykorzystaliśmy tę informację, aby ręcznie wyciągnąć włókna z dostatecznie skoncentrowanej i lepkiej mikstury zrekombinowanych białek jedwabnych. Chcąc uzyskać półprzezroczystą stabilną nić, w rzeczywistości musieliśmy powtórzyć tę czynność dwukrotnie. Jak tłumaczy dr Sutherland, przedtem wielokrotnie próbowano doprowadzić do ekspresji jedwabi bezkręgowców w systemach transgenicznych, ale skomplikowany układ genów jedwabiu w branych wtedy pod uwagę organizmach oznaczał, że wytwarzanie nici poza gruczołami przędnymi było wyjątkowo trudne. Uprzednio zidentyfikowaliśmy cztery niewielkie, niepowtarzalne geny jedwabne pszczoły. To dużo prostszy układ, który sprawiał, że owad ten był doskonałym kandydatem do produkcji transgenicznego jedwabiu. Zdobytą z takim wysiłkiem nić można wykorzystać w lekkich, ale i wytrzymałych tkaninach lub zaawansowanych kompozytach używanych w lotnictwie i marynarce. Z pewnością znajdzie ona również zastosowanie w medycynie, a konkretnie w szwach, ścięgnach czy wiązadłach nowej generacji.

Podczas pływania, które jest zazwyczaj wyjątkowo przyjemną i relaksującą czynnością, może też człowieka spotkać wiele przykrych rzeczy, np. dotknięcie parzącej meduzy, skurcz w łydce czy zachłyśnięcie wodą. Wypoczywającej na Florydzie Debbie Shoemaker, 50-letniej sprzątaczce z Toledo w Ohio, przydarzyło się jednak coś o wiele dziwniejszego: zderzyła się z pelikanem. Kobieta spokojnie pływała, gdy nagle poczuła silne uderzenie w twarz. Ptak rozpruł jej policzek, dlatego trzeba było założyć aż 25 szwów. Dla samego pelikana wypadek okazał się, niestety, śmiertelny. Lokalne władze podkreślają, że na Florydzie (zdarzenie miało miejsce w okolicach plaży publicznej w Treasure Island w hrabstwie Pinellas) człowiek dość często ściera się z siłami natury, np. aligatorami, czego skutkiem są zranienia, a nawet zgon. Nigdy nie słyszano jednak o kolizji z pelikanem. Ekspert przypuszcza, że polując na ryby, ptak zapikował do wody. Niestety, nie zauważył, że w wodzie znajduje się coś poza jego potencjalnym łupem...

Być może już za kilka lat chirurdzy zrezygnują z zakładania szwów na rzecz klejenia tkanek. Pomysły na to, jak wprowadzić zamiar w życie, naukowcy zaczerpnęli od małży, które potrafią przywierać zarówno do porowatych, jak i gładkich powierzchni. Wtedy przeszczepiane serce czy nerkę można by przykleić do tkanek biorcy, a miejsce połączenia utwardzić promieniowaniem ultrafioletowym. Po 30 sekundach procedura byłaby zakończona. Dr Klaus Rischka, chemik z Fraunhofer Institute for Manufacturing Engineering and Applied Materials Research (IFAM), jest przekonany, że niedługo idea ta stanie się czymś więcej niż tylko nagrodzonym projektem. Już wkrótce klej zostanie wykorzystany do zamocowania tytanowego implantu stomatologicznego. Obecnie implanty zębów są mocowane w kościach szczęki bez kleju. Wskutek tego między dziąsłem a metalem często pozostaje szczelina, w którą mogą wnikać bakterie. Wtedy rozwija się stan zapalny. Klej, który na stałe połączyłby implanty z dziąsłem, stanowiłby skuteczną barierę. Zwykłe produkty nie nadają się do tego celu, ponieważ z czasem by się rozpuściły. Naukowcy z IFAM zidentyfikowali substancję, która pozwala małżom na trwałe przyczepianie się do zanurzonych w wodzie obiektów. Siłę wiązania klej zawdzięcza pewnemu białku. Chemikom udało się je odtworzyć w warunkach laboratoryjnych. Rozwiązanie wykorzystano już do codziennych napraw, przeprowadzanych przez załogę obsługującą loty Europejskiej Agencji Kosmicznej. Zastosowania medyczne wymagają dodatku białka wzrostu, które może zostać wyprodukowane dzięki syntezie peptydów na fazie stałej. Miałoby ono stymulować wzrost tkanek gospodarza; związałyby się one jak najbliżej z wprowadzanym do organizmu ciałem obcym. Do opisanego wyżej duetu trzeba jeszcze dołączyć trzeci element: polimerowy nośnik. Naukowcy szacują, że dwa lata zajmą prace przygotowawcze do prób klinicznych. Potem potrzeba kolejnych 5-10 lat na testy.

U jednej czwartej urodzonych siłami natury dzieci występują niewielkie krwawienia w mózgu. Dzieje się tak najprawdopodobniej z powodu nacisku na głowę w czasie przechodzenia przez kanał rodny. Opisane wyniki uzyskali naukowcy, którzy po raz pierwszy wykorzystali rezonans magnetyczny o wysokiej rozdzielczości do zbadania mózgów zdrowych noworodków. Wybroczyny szybko znikają i najprawdopodobniej nie wpływają długoterminowo na stan zdrowia maluchów (Radiology). W końcu kobiety rodzą pochwowo od milionów lat — stwierdza jeden z autorów raportu, dr Honor Wolfe z University of North Carolina School of Medicine. Krwotoków nie zaobserwowano po cesarskich cięciach, ale lekarz zastrzega się, że nie powinno być to uznawane za okoliczność przemawiającą za tego typu porodami. Z tego powodu nikt, ani rodzice, ani personel medyczny, nie powinien zmieniać planów porodowych. Wcześniejsze brytyjskie studium wykazało krwawienia domózgowe u 10% noworodków. Było jednak przeprowadzane po upływie dłuższego czasu od porodu i z wykorzystaniem słabszej aparatury. Akademicy z USA zbadali 88 noworodków (średnio miały one 3 tygodnie). Sześćdziesiąt pięć przyszło na świat w wyniku porodu pochwowego, 23 poprzez cesarskie cięcie. U 17 dzieci z pierwszej grupy odnotowano krwawienie, w drugiej nie dotyczyło to żadnego malucha. Wielkość dziecka, wielkość jego główki, długość porodu ani też wykorzystanie narzędzi, kleszczy czy próżnociągu położniczego, przy porodzie zabiegowym nie wpływają na krwawienie — uważa dr John Gilmore. Winien jest sam proces rodzenia się. Czaszka jeszcze się nie "utwardziła", jest elastyczna, a szwy zarastają długo po narodzinach. Podczas przechodzenia przez kanał rodny kości zostają ściśnięte, a małe naczynia krwionośne pękają. Nie znaleziono jednak dowodów klinicznych, że coś może się stać z mózgiem maleństwa. Zespół naukowców przeprowadzał badanie mózgu w rok i dwa lata po narodzinach i nie dopatrzył się niczego złego. Zjawisko to nie jest więc najwyraźniej patologią.