Inspirerad av Moder Natur:Havsmusslor motstår de stormigaste vågorna med lätthet. De håller fast vid ytan med proteintrådar. Empa-forskare använder denna egenskap för ett nytt vävnadslim för sårbehandling. Kredit:Pixabay
Om hjärtmuskeln är skadad, att reparera det ständigt aktiva organet är en utmaning. Empa-forskare utvecklar ett nytt vävnadslim inspirerat av naturen, som kan reparera skador i muskelvävnad. De har utnyttjat den otroliga förmågan hos havsmusslorna att fästa på alla slags ytor.
På vind- och vågdränkta kuster, havsmusslor fäster stoiskt på stenar, båtar och bryggor. Med superkrafter som konkurrerar med Spider-Mans, musselfoten håller fast vid ytan, eftersom dess körtlar producerar fina trådar som, till skillnad från spindelsilke, förbli fast under vatten och ändå mycket elastisk. Två proteiner, mfp-3 och den särskilt svavelhaltiga mfp-6, är komponenter i detta havssilke. Som strukturella proteiner, de är särskilt intressanta för biomedicinsk forskning på grund av deras fascinerande mekaniska egenskaper och deras biokompatibilitet.
Utmanande förhållanden
Forskare från Empas "Biomimetic Membranes and Textiles"-labb i St. Gallen har använt sig av dessa egenskaper. Claudio Toncellis team letade efter ett biokompatibelt vävnadslim som skulle fästa vid det bankande hjärtat samtidigt som det förblir elastiskt, även under de mest utmanande förhållanden. Trots allt, om hjärtmuskelvävnaden är skadad, till exempel av en hjärtinfarkt eller en medfödd sjukdom, såren måste kunna läka, trots att muskeln fortsätter att dra ihop sig.
"Faktiskt, kollagen är en lämplig bas för ett sårlim, ett protein som också finns i mänsklig bindväv och senor, säger Toncelli. Till exempel, gelatin består av tvärbundet kollagen som skulle vara mycket attraktivt för ett vävnadslim. "Gelatinets struktur kommer redan mycket nära några av de naturliga egenskaperna hos mänsklig bindväv, " tillägger han. Men hydrokolloiden är inte stabil vid kroppstemperatur, men flyter. Så för att utveckla ett självhäftande material som säkert kan ansluta sårade områden på inre organ, forskarna var tvungna att hitta ett sätt att införliva ytterligare egenskaper i gelatin.
Den nya biopolymeren med musselproteiner uppvisar en fin men ändå robust mikrostruktur via svepelektronmikroskopi vid 1000-faldig förstoring (färgad). Kredit:Empa
Vävnadslimmet tillverkat av musselprotein kan anpassa sig till de finaste strukturerna på komplexa ytor, som detta intryck av en hjärtformad gjutform visar (färgad). Kredit:Empa
Under press
"Musslors muskulösa fot utsöndrar starkt vidhäftande trådar, med vilken musslan kan fästa på alla typer av ytor i vatten, " förklarar Toncelli. I detta havssilke, flera proteiner interagerar tätt. Inspirerad av naturens lösning för att hantera turbulenta krafter under vatten, forskarna utrustade gelatinbiopolymerer med funktionella kemiska enheter som liknar dem för havssilkesproteinerna mfp-3 och mfp-6. Så fort gelatin havssilke gel kommer i kontakt med vävnad, de strukturella proteinerna tvärbinder med varandra och säkerställer en stabil koppling mellan sårytorna.
Forskarna har redan undersökt hur väl den nya hydrogelen faktiskt fäster i labbexperiment som vanligtvis används för att definiera tekniska standarder för så kallad spränghållfasthet. "Vävnadslimmet kan motstå ett tryck som motsvarar mänskligt blodtryck, " säger Empa-forskaren Kongchang Wei. Forskarna kunde också bekräfta den enastående vävnadskompatibiliteten hos det nya limmet i cellodlingsexperiment. De försöker nu hårt för att främja den kliniska tillämpningen av "mussellimet."
