Bioinspirowane pęczniejące igły

Jeffrey Karp z Harvardzkiej Szkoły Medycznej od lat zajmuje się ulepszaniem urządzeń medycznych. W zeszłym roku rozszyfrował tajemnicę kolców ursona, które wbijają się w tkanki jak w masło, lecz trudniej z nich wychodzą i wymyślił, że taśma złożona z 3, a nie 2 warstw jest przyjaźniejsza w czasie odrywania. Ostatnio zainspirowały go pasożyty z przewodu pokarmowego ryb - kolcogłowy. Wiadomo, że po wniknięciu do organizmu gospodarza muszą się mocno trzymać, więc czemu by tego nie wykorzystać w ludzkiej praktyce klinicznej?

Pracując nad 2-warstwową mikroigłą, Seung Yun Yang z zespołu Karpia wzorował się na haczykach i ryjku kolcogłowa Pomphoryhnchus laevis. Jej stożkowatą część rdzeniową wytworzył ze sztywnego polistyrenu, a miękką warstwę zewnętrzną z kwasu poliakrylowego. Gdy igłę wbije się w tkanki, rdzeń pozostaje taki sam, a warstwa zewnętrzna wchłania wodę i szybko pęcznieje (analogiczne zmiany kształtu występują w ryjku P. laevis podczas umiejscawiania w dolnym odcinku jelita ryby).

Gdy naukowcy zastosowali macierz 100 mikroigieł do mocowania brzegów przeszczepów skórnych, okazało się, że w porównaniu do klamer, zapewniają one ok. 3,5-krotny wzrost siły przywierania (adhezji). Yang eksperymentował nie tylko ze świńską skórą, ale i jelitami. Kiedy chciał oderwać macierz od śluzówki, musiał zadziałać z siłą ~4,5 N cm⁻².

Mikroigły a la kolcogłów właściwie nie uszkadzają okolicznych tkanek. Ponieważ napęczniałe czubki momentalnie wypełniają każdy utworzony przez siebie otwór, bakterie nie mają gdzie wnikać i nie wdaje się zakażenie. Inspirowany naturą wynalazek sprawdza się zarówno na mokrych, jak i suchych powierzchniach.

Choć wcześniej inne grupy pracowały nad macierzami igieł, najczęściej były one sztywne, by dało się przebić skórę. Niestety, zwykłe ruchy pacjenta mogły doprowadzić do złamania ostrza. Pasożytniczy system jest sztywny podczas wprowadzania, ale po nabrzmieniu można go dowolnie rotować - podkreśla Karp.

Po usunięciu igły powracają do pierwotnej postaci w ciągu kwadransa, a utworzone przez nie dziurki zamykają się po godzinie. Mikroigły nie muszą służyć do spinania tkanek. Jeśli ich czubki zanurzy się w leku, po wbiciu w tkankę będą go powoli uwalniać. Co istotne, procedurę można wielokrotnie powtarzać z użyciem tej samej macierzy. Obecnie Amerykanie pracują nad biodegradowalną wersją swojego wynalazku.

kolcogłów Pomphoryhnchus laevis mikroigły macierz mocowanie przeszczep skóra klamry siła przywierania Jeffrey Karp Seung Yun Yang