Technion Universiteit: team maakt biolijm om inwendige wonden te dichten door mosselen te vangen voor een gel

Shady Farah, derde van rechts, met enkele onderzoekers in zijn laboratorium voor geavanceerde functionele/medicinale polymeren en slimme medicijnafgifte aan de Wolfson Faculteit Chemische Technologie van het Technion-Israel Institute of Technology. Foto Technion

Het Israëlisch Technion laboratorium is geïnspireerd door de superplakkerige lijm waarmee weekdieren zich onder water aan rotsen hechten. Volgens het laboratorium is er een klevende hydrogel ontwikkeld die inwendige wonden binnen enkele seconden kan afdichten. Daarmee kunnen levens worden gered op het slagveld of na een operatie.

De hydrogel, die zich momenteel nog in de testfase bevindt en nog niet op mensen is getest, is gemaakt van een nieuw soort lijm die zich aan nat weefsel in het lichaam kan hechten om wonden op natte of bloedende organen te dichten zonder dat er hechtingen, hechtingen of nietjes nodig zijn, aldus Shady Farah, hoofd van het Laboratorium voor Geavanceerde Functionele/Medicinale Polymeren en Slimme Geneesmiddelafgifte aan het Technion-Israel Institute of Technology.

"De natuur is de beste leermeester", vertelde de 39-jarige Farah aan The Times of Israel. "We wilden de lijm nabootsen die weekdieren aanmaken."

Volgens Farah kan de hydrogel, die onlangs werd beschreven in het peer-reviewed tijdschrift Advanced Materials, binnen 10 seconden worden klaargemaakt voor gebruik in gebieden met beperkte infrastructuur, zoals oorlogsgebieden en slagveldziekenhuizen.

"Stel je een scenario voor waarin je hevig bloedt," zei Farah. "Er is een ader gesprongen, of je moet een operatie ondergaan en er is een overmatige hoeveelheid vocht. Je kunt dit hydrogelmateriaal in het lichaam gebruiken om de wond binnen enkele seconden te dichten."

Shady Farah, links, hoofd van het Farah Laboratory for Advanced Functional/Medicinal Polymers & Smart Drug Delivery Technologies aan de Wolfson Faculty of Chemical Engineering van het Technion-Israel Institute of Technology en promovendus Qi Wu met hun hydrogel geïnspireerd op weekdieren. Foto Technion

Hij pauzeerde even en telde toen hardop: "Gewoon één-twee-drie-vier-vijf."

Daarentegen kunnen hechtingen, hechtingen en nietjes, die vaak worden gebruikt bij operaties en wondverzorging, veel langer duren om aan te brengen, waardoor kostbare tijd verloren gaat na traumatisch letsel.

Indien nodig kan de gel ook in 3D worden geprint voor een gepersonaliseerde toepassing, waardoor de efficiëntie ervan wordt verhoogd.

"Dit kan de weg vrijmaken voor biotapes, afdichtingsmiddelen en wondverzorgingstechnologieën van de volgende generatie die trauma's minimaliseren en het herstel verbeteren", aldus Farah, die de oplossing samen met promovendus Qi Wu ontwikkelde.

Prof. Joseph Kost, die de Abraham en Bessie Zacks leerstoel voor biomedische technologie aan de Ben-Gurion Universiteit bekleedt, zei dat de bioadhesieve hydrogels "een belangrijke vooruitgang in de medische technologie" vertegenwoordigen.

De hydrogels "voldoen aan een cruciale behoefte aan sterke, betrouwbare weefselhechting in natte of onderwateromstandigheden, terwijl 3D-printen gepersonaliseerde, complexe ontwerpen mogelijk maakt", vertelde Kost, die niet betrokken was bij de ontwikkeling van het product, aan The Times of Israel in een schriftelijk commentaar.

De biolijm werkt op dezelfde manier als de vloeistof die vrijkomt uit het lichaam van een mossel, een ongewerveld weekdier dat in zee leeft, met name in ondiep water dicht bij de kust.

Mosselen kunnen zich vastklampen aan natte rotsen, zelfs als er grote golven overheen slaan. Dat komt doordat ze in hun lichaam een ​​sneldrogende, vloeibare proteïne aanmaken die ze vervolgens in een gleuf in hun voet persen.

Dit eiwit verandert in honderden kleverige draadjes met een kleefstof die binnen enkele ogenblikken hard wordt en het dier op zijn plaats houdt.

"We wilden een gel maken die de lijm nabootst die mosselen gebruiken", zei Farah. "Iets dat vriendelijk is voor het lichaam, buigzaam en beweeglijk, en meer op echt weefsel lijkt."

Farah, die opgroeide in de stad Kfar Yasif in West-Galilea en postdoctoraal onderzoeker was aan het Massachusetts Institute of Technology, zegt dat de lijmsoorten die in het verleden werden gebruikt, stijf worden of loskomen onder natte omstandigheden.

"We wilden ook een natuurlijk materiaal dat infecties en bacteriën kan voorkomen", aldus Farah.

"En het is biologisch afbreekbaar," zei Farah. "Na gebruik valt het uiteen en kun je het vergeten."

Om de hydrogel te maken, ontwikkelde het Technion-team een ​​nieuwe klasse lijm, genaamd Particle Toughened Layer Adhesives. Deze lijmsoort maakt gebruik van een waterrijk polymeer dat bestaat uit lange, ketenachtige moleculen die water kunnen vasthouden en toch hun structuur behouden.

Het polymeer voelt bijna aan als gelei en is zacht en flexibel.

Eén van de belangrijkste bestanddelen van de lijm is looizuur, een natuurlijke chemische stof die voorkomt in boomschors en thee. Het zorgt ervoor dat de lijm zich hecht aan levend weefsel in het lichaam.

Shady Farah van het Farah Laboratory for Advanced Functional/Medicinal Polymers & Smart Drug Delivery Technologies aan de Wolfson Faculty of Chemical Engineering van het Technion-Israel Institute of Technology. Foto Technion

De lijm bevat ook een polymeer, polylysine genaamd, dat in conserveermiddelen wordt gebruikt om bacteriegroei te voorkomen.

Het team is ervan overtuigd dat de nieuwe lijm een ​​revolutie teweeg kan brengen in noodsituaties, maar ook dat het de herstelperiode en de zorg na een operatie kan verbeteren.

Volgens Farah ondergaan jaarlijks zo'n 400 miljoen mensen een operatie en sterven er in de eerste 30 dagen na de operatie "minstens vier miljoen mensen aan bloedingen, infecties en andere complicaties."

"Infectie is een grote uitdaging en een groot probleem na operaties", legt Farah uit.

Wanneer de gel gebruikt wordt om wonden na een operatie te sluiten, kan deze gemaakt worden met behulp van een 3D-printer met hoge resolutie, met exacte vormen en diktes die afgestemd zijn op de patiënt.

De lijm, die een vormgeheugen heeft, kan vooraf worden geprint en vervolgens worden opgeslagen, zelfs als poeder. Wanneer nodig, aldus Farah, wordt de lijm met een "minimaal invasieve operatie" in het lichaam ingebracht.

"Dan verandert het, zodat het de gewenste vorm aanneemt", zei Farah.

Farahs team heeft de hydrogel getest op verschillende weefsels, waaronder het hart en de lever, en ook in kleine proefdiermodellen. De volgende stap is om de gel te testen op grotere dieren en vervolgens klinische studies op mensen te starten.

"Het is super spannend", zei Farah.