Rozwikłano tajemnicę kolców ursona

Na grzbiecie ursona (Erethizon dorsatum) znajduje się ok. 30 tys. kolców. Czubek każdego z nich pokrywają zwrócone ku tyłowi mikroskopijne zadziory. Okazuje się, że dzięki takiej budowie kolce wbijają się w tkanki jak w masło i trudniej z nich wychodzą. Naukowcy mają nadzieję, że opisywane odkrycie utoruje drogę rozmaitym urządzeniom medycznym, np. igłom, które sprawiają mniej bólu czy ulepszonym siatkom do operowania przepuklin.

To jedyny system z podwójną funkcjonalnością, gdzie pojedyncza cecha - zadzior - zarówno redukuje siłę penetracji, jak i zwiększa siłę wyciągania - podkreśla Jeffrey Karp z Harvardzkiej Szkoły Medycznej.

Kolce ursonów są wykorzystywane w indiańskiej biżuterii. Można je z łatwością zdobyć - jeden z członków zespołu Woo Kyung Cho kupił pokaźny zapas na eBayu. Później zeszlifowywał zadziory papierem ściernym, kontrując przebieg prac pod mikroskopem (Amerykanin dbał o to, by nie zmniejszyć średnicy kolca). Wbijanie całych i ogolonych kolców w świńską skórę pokazało, że zadziory zmniejszają o połowę siłę potrzebną do penetracji tkanki. Okazało się także, że kolce ursona wsuwają się z mniejszą siłą niż igły medyczne tej samej średnicy czy kolce jeżozwierza afrykańskiego (Hystrix cristata), na których nie ma zadziorów. Przy użyciu tej samej siły nie tylko penetrują głębiej, ale i w mniejszym stopniu uszkadzają tkankę. Karp przypuszcza, że zadziory działają jak ząbki noża, które skupiają siły na małych punktach okolicznej tkanki.

Eksperymenty Cho wykazały, że zadziory aż 4-krotnie zwiększają siłę konieczną do wyjęcia kolca, bo rozpościerają się i wyginają, rozrywając włókna tkanki. Gdy zbudowano replikę kolca z zadziorami, które się nie wyginały, usuwanie okazało się dużo łatwiejsze.

Naprężenia koncentrują się w rejonach kolca, gdzie średnica przekroju nagle wzrasta. Zadziory zlokalizowane w pobliżu pierwszej strefy zmiany geometrii w największym stopniu wpływają na zmniejszenie siły penetracji. Zadziory z czubka grają także pierwsze skrzypce w przypadku siły adhezji tkankowej. Współdziałanie między zadziorami w 0-2- i 2-4-mm obszarach wydaje się krytyczne dla jej spotęgowania.

W następnym etapie studium naukowcy stworzyli poliuretanową wersję kolców ursona. Widzą dla niej sporo zastosowań, np. w roli szwów. Z myślą o urządzeniach najpierw wprowadzanych, a później wyjmowanych z organizmu Amerykanie pracują nad degradowalnymi zadziorami, które zachowują właściwości czepne tylko przez jakiś czas.

urson kolce zadziory urządzenia medyczne igła Jeffrey Karp