Intern blödning är en ledande dödsorsak på slagfältet, men en ny, injicerbart material utvecklat av team av forskare från Texas A&M University och Massachusetts Institute of Technology kan köpa sårade soldater den tid de behöver för att överleva genom att förhindra blodförlust från allvarliga inre skador.
Den potentiellt livräddande behandlingen kommer i form av en biologiskt nedbrytbar gelatinsubstans som har bäddats in med silikatskivor i nanostorlek som hjälper till vid koagulering. En gång injicerad, materialet låser sig på platsen för skadan och minskar snabbt den tid det tar för blod att koagulera - i vissa fall med hela 77 procent, säger Akhilesh Gaharwar, biträdande professor i biomedicinsk teknik vid Texas A&M och medlem i forskargruppen. Teamets resultat är detaljerade i den vetenskapliga tidskriften ACS Nano och stöds av US Army Research Office.
Även om det fortfarande är i tidig testning, Gaharwar ser för sig att biomaterialet förinstalleras i sprutor som soldater kan bära med sig i stridsituationer. Om en soldat upplever en genomträngande, inkomprimerbar skada - en där det är svårt om inte omöjligt att applicera det tryck som behövs för att stoppa blödningen - han eller hon kan injicera materialet i sårplatsen där det kommer att utlösa en snabb koagulation och ge tillräckligt med tid för att komma till en medicinsk anläggning för behandling, han säger.
"Tiden för att komma till en medicinsk anläggning kan ta en halvtimme till en timme, och denna timme är avgörande; det kan avgöra liv och död, "Säger Gaharwar." Vårt materials kombination av injicerbarhet, snabb mekanisk återhämtning, fysiologisk stabilitet och förmåga att främja koagulering resulterar i en hemostat för behandling av inkomprimerbara sår på sjukhus, nödsituationer, "Säger Gaharwar.
Till skillnad från vissa injicerbara lösningar, som utgör risken för att strömma till andra delar av kroppen och bilda oavsiktliga och potentiellt skadliga koagelbildningar, materialet som designats av Gaharwar och hans kollegor stelnar vid sårplatsen och börjar främja koagulation i det riktade området. Vad mer, det uppnår detta, Gaharwar förklarar, utan behov av applicerat tryck, separera det från andra typer av sårbehandlingar som tårtor, plåster och tätningsmedel.
"De flesta av dessa penetrerande skador, som idag är resultatet av explosiva anordningar, brista blodkärl och skapa inre blödningar genom vilka en person ständigt tappar blod, "Gaharwar -anteckningar." Du kan inte utöva påtryckningar i kroppen, så du måste ha något som snabbt kan koagulera blodet utan att behöva tryck. "
För att konstruera materialet, Gaharwar och hans medforskare gick på att modifiera ett ämne som kallas en hydrogel. Hydrogeler är biologiskt nedbrytbara material som används i ett antal biomedicinska tillämpningar på grund av deras kompatibilitet med kroppen och dess processer. Genom att sätta in tvådimensionella nanoplateletter i hydrogeln, laget kunde justera materialets mekaniska egenskaper. Väsentligen, de manipulerade materialet så att det kunde injiceras i kroppen och sedan återfå sin form en gång inuti kroppen - något som är nödvändigt för att låsa sig på plats vid sårplatsen, Gaharwar förklarar.
Användning av tvådimensionella material, Gaharwar säger, representerar en ny riktning inom biomedicinsk teknik. Tvådimensionella material är ultratunna ämnen med hög ytarea men en tjocklek på några nanometer eller mindre. Tänk på ett papper men i mycket mindre skala. Till exempel, ett pappersark är 100, 000 nanometer tjocka; Gaharwars nanoplateletter är en nanometer tjocka.
Gaharwar och hans kollegor använder tvådimensionella, skivformade partiklar som kallas syntetiska silikat-nanoplateter. På grund av deras form, dessa trombocyter har en hög ytarea, han förklarar. Strukturen, sammansättning och placering av trombocyterna resulterar i både positiva och negativa laddningar på varje partikel. Dessa avgifter, Gaharwar förklarar, få blodplättarna att interagera med hydrogel på ett unikt sätt. Specifikt, interaktionen gör att gelén tillfälligt genomgår en förändring i dess viskositet när mekanisk kraft appliceras, ungefär som att ketchup pressas ur en flaska. Denna förändring gör att hydrogel kan injiceras och återfå sin form en gång inuti kroppen, Gaharwar förklarar.
Förutom att ändra hydrogelens mekaniska egenskaper, dessa skivformade nanoplateleter interagerar med blod för att främja koagulation, Gaharwar säger, noterar att djurmodeller har visat koagelbildning som inträffar på ungefär en minut i motsats till fem minuter utan närvaro av dessa nanopartiklar. Djurmodell, han lägger till, har också visat bildandet av livräddande koagelformationer när det förbättrade biomaterialet användes.
"Dessa 2D, silikatnanopartiklar är utan motstycke inom det biomedicinska området, och deras användning lovar att leda till både konceptuella och terapeutiska framsteg inom det viktiga och framväxande området vävnadsteknik, drogleverans, cancerterapier och immunteknik, "Säger Gaharwar.
Uppmuntrad av sina resultat, laget planerar att ytterligare förbättra biomaterialet så att det kan initiera regenerering av skadade vävnader genom bildandet av nya blodkärl, Säger Gaharwar. Resultatet, han lägger till, kan vara en tvådelad sårbehandling-en som inte bara hjälper till att kontrollera skador utan också hjälper kroppens naturliga läkningsprocess.
