Skickliga kirurger kan göra fantastiska saker på extremt små platser, men att hitta bättre sätt att suturera små blodkärl har varit en ständig utmaning för även de bästa.
I en artikel som just publicerats i tidskriften Naturens nanoteknik , flera forskare från University of Delaware visar hur en ny peptidbaserad hydrogel en dag kan göra den återkopplingsprocessen lättare att utföra och mindre sannolikt att misslyckas.
Den nya processen använder en hydrogel utvecklad av Daniel J. Smith, som doktorerade vid UD 2013 och är huvudförfattare till artikeln. Andra medarbetare inkluderar Katelyn Nagy-Smith, som nyligen har fullgjort alla krav för sin doktorsexamen vid UD, och Joel Schneider, som var professor vid UD och nu är i Kemisk Biologisk Laboratorium vid National Cancer Institute.
En del av studien var också forskare från Johns Hopkins University School of Medicine och Department of Electrical and Computer Engineering vid Johns Hopkins.
Smith designade peptiden, bygger på en självmonterande process som utvecklades för mer än ett decennium sedan av Schneider medan han var professor vid UD:s institution för kemi och biokemi, och Darrin Pochan, professor och ordförande vid UD:s institution för materialvetenskap och teknik.
Nagy-Smith gjorde mikroskopin, med hjälp av ett transmissionselektronmikroskop vid National Cancer Institute för att visa hur fibrerna förändras när de utsätts för ultraviolett ljus.
Sättet som små kärl återansluts inkluderar nu stygn som appliceras i mikrokirurgi. Men den lilla, tunnväggiga kärl är ömtåliga och benägna att skadas vid hantering.
Den peptidbaserade hydrogelen kan ställas in på exakta sätt med en specifik aminosyra, låta materialet ändra form flera gånger under en procedur - bli tillräckligt styvt för att öppna och stödja ett litet kärl när det först injiceras och sedan, efter att suturerna är färdiga, löses snabbt under ultraviolett ljus för att tillåta återställd cirkulation.
Smith placerade aminosyran i sekvensen på ett sätt som tillåter exakt kontroll och fann att hydrogelen skulle bilda en halvfast substans för att stödja väggarna i det lilla kärlet, förhindrar skador under sutureringen samtidigt som ändarna hänger upp för bättre kontroll.
"Det är analogt med legoklossar som sätter ihop sig för att bygga en struktur, sedan bryta ihop när man blir tillsagd att göra det, sa Smith, som nu arbetar på Glaxo Smith Kline. "Det finns attraktiva krafter i arbete - dessa är hydrofoba, feta molekyler som vill associeras med varandra, men kan också triggas att gå isär."
Så, han sa, när ämnet injiceras i ändarna av det lilla kärlet, överskottet sipprar ut ur ändarna och bildar en liten massa gel som omger båda ändarna, så att kirurger kan göra en enklare anslutning.
"Detta skulle hjälpa i alla typer av operationer där du försöker återställa så många kärl som du kan, antingen i en hel transplantation eller i skadad vävnad från någon form av olycka, " sa Nagy-Smith. "Det håller inte bara fartyget öppet, den fäster faktiskt kärlen på plats utan att använda en massa klämmor. Kirurgen har i princip en tredje hand."
Testad med möss, vars lårbensartärer är cirka 200 mikrometer i diameter - fyra eller fem människohår - uppsatsen visar den exakta processen som användes av kollaboratörerna och föreslår att hydrogelen en dag skulle kunna användas i hjärtbypass- och transplantationsoperationer och även kan öppna upp nya möjligheter inom forskning .
