ナメクジは傷をシールするために超強力接着剤を刺激します

現代医学の進歩にもかかわらず、医師は手術室よりもクラフトサークルに適していると思われる技術（ステープル、裁縫キット、接着剤）で創傷を封印しています。 新しい発明のおかげで、医療用接着剤の科学は近代的な刷新を得るかもしれません。 研究者は文字通り石をひっくり返して、めったにない源であるナメクジから新しい超強力な接着剤を考案しました。

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医療用接着剤の現在のゴールドスタンダードは、超接着剤に他なりません。 超接着剤の活性化合物であるシアノアクリレートは、最も強力な物質ですが、強さはそれが目的とするすべてのものです。 接着剤は濡れた表面にくっつきません。これは出血している傷の問題になる傾向があります。 乾燥した表面に塗ると、すぐに固まり、柔軟性がなくなり、治癒中に身体とともに動くのではなく壊れるプラスチックになります。 物事を締めくくるには、生きた細胞に有毒になる可能性があります。

「驚くべきことではないでしょうか」と、医師が利用できる素朴な縫合法のデビッド・ムーニーは言います。 ムーニーはハーバード大学の生物工学の教授であり、その研究は医療用途向けの新しい材料を設計するために自然界に目を向けています。 「進化の過程で、生物はさまざまな状況に直面しなければなりません」と彼は言います。 百万年かかるかもしれませんが、その間に生物は貝を再構築したり傷にパッチを当てる最もエレガントで効果的な方法を見つけることができます。 人間は主砲に手を伸ばします。

ムーニーと彼のチームは、動物の王国の巧みさを問題の人工的な解決策に取り入れようとします。 彼らはそれを「バイオインスピレーション」と呼んでいます。ムーニーの研究室のポスドク研究員であるJianyu Liは、手術の場で傷をふさぎ、命を救うために必要な強さと柔軟性の要塞である模範的な候補者を探し始めました。 文献を熟読した後、「この非常に素晴らしい生き物を見つけました」とリーは言います。 「ナメクジ。」

問題のナメクジであるArion subfuscus は 、ありそうもない候補のように見えるかもしれません。 これらの控えめでさびたオレンジ色の軟体動物は、自分たちのビジネスを念頭に置いて、世界各地の温帯地方の庭や丸太の下でシンプルな生活を送っています。 それは、何かが彼らを混乱させるまでです。 空腹の捕食者がニブルをとろうとすると、ナメクジは防御粘液のキャッシュを爆発させます。

「これらのナメクジを発見し、それらの1つを拾ったとき、私はこの材料が本当に驚くべきものであると知りました」と、研究に関与しなかった軟体動物粘液の生化学的特性の専門家であるイサカ大学の生物学教授であるアンドリュー・スミスは言います。 「文字通り、ナメクジの後ろからにじみ出て、数秒で本当に丈夫で伸縮性のあるゲルになります」と彼は言います。

「エキサイティングなのは、素材が非常に丈夫だということです」とスミスは言います。 それは、スナップしないゴムバンドのように、それ自身の長さの10倍以上に伸ばすことができます。 硬化できますが、柔軟性は維持されます。 接着剤とは異なり、濡れた表面でも機能します。 そして、それは超、超粘着性です。 実際、スミスはまだ実験装置の脱脂に苦労しています。

粘液の力に翻弄され、彼はそれがどのように機能するかを理解しようと試みました。

「ジェローのような典型的なジェルは硬いですが、もろいです。スプーンを押すと割れます」とスミスは言います。 ナメクジは、ゼラチン状のデザートが弱い場所で強くなる方法を見つけました。 彼は、粘液が97パーセントの水であるが、2つの異なるポリマーで織り込まれていることを発見しました。 1つ目はメッシュネットのように編成されています。 強力なバックボーンを提供します。 メッシュに絡み合っているのは、長いポリマーチェーンで、長距離に引き伸ばされたときにメッシュを編み合わせます。 このいわゆるダブルマトリックスは、ナメクジの粘液の強度と柔軟性の鍵です。

次に、ナメクジは、原子のベルクロのように作用する正に帯電したタンパク質で裏打ちし、組織表面の負の電荷に結合することにより、全体を粘着性にします。 最終結果は？ 捕食者がナメクジのスナックを食べるとき、不浸透性の接着剤で満たされた口。 または、斬新で超強力な医療用接着剤の完璧なインスピレーション。

ナメクジの粘液を特徴付けるスミスの研究に基づいて、リーは合成接着剤でその特性を再現しようとしました。 ムーニーとリーは、彼らの発明をするために庭の生き物に害を与えることは決してないと指摘します。 「材料にナメクジ粘液の要素はありません」とムーニーは言います。 「インスピレーションとして使用しました。」

数年にわたる試行錯誤の後、Liはナメクジの耐久性のあるダブルマトリックス特性を完全に模倣したプロトタイプを作成しました。これは、今日のScience誌の研究で説明されています。 最上層は、必要なサイズに切断できるヒドロゲルです。 2番目の層は液体としてヒドロゲルに適用され、化学結合を活性化します。 「それは非常に伸縮性のあるものに取り付けられ、組織と一緒に容易に動くことができるスコッチテープです」とムーニーは言います。

新しい接着剤は、手術のタイミングでも同様に最適な場所にあります。 「誤って肌に触れても、詰まってしまい、脱げることはできません」とムーニーは言います。 外科医は、接着剤を所定の位置に入れるのに約10秒かかります。 硬化すると、接着剤は「組織が受けるストレスと歪みに対応できます」とLiは言います。心臓の鼓動、呼吸、動きなどの歪みです。

プロトタイプを使用して、チームは接着剤をテストしました。 彼らは機械的伸張実験を実施し、接着剤を使用して負傷したラット肝臓を補修し、さらに拍動するブタ心臓の大きな欠損を封鎖するその強度を実証しました。 すべての試験で、ナメクジにヒントを得た接着剤は、市販のすべての製品よりも優れており、肝臓の治癒と心臓のポンピングに柔軟に対応し、毒性はまったくありません。

問題を解決するために自然に目を向けるチームの戦略は、カリフォルニア大学バークレー校のバイオエンジニアリングおよび材料科学の教授であり、研究では接着剤のバイオインスピレーションとしてムール貝を使用するフィリップメッサースミスが共有する価値です。 「これは本当に非常に重要な研究です」と彼は言います。 「非常にうまく機能し、医療用途に重要な意味を持ちます。」メッサースミスは技術的な留保はありませんでしたが、将来の外科的用途では材料が生分解性である必要があると指摘します。

幸いなことに、これらの接着剤の生分解性バージョンは、ドケットの次です。 特許出願中のLiとMooneyは、彼らの発明が人々に安全に使用できるかどうかを評価することも計画しています。 「人間の患者では、安全性が最重要であるため、安全性に対する高いレベルの信頼を得るための長期的な研究があるでしょう」とムーニーは言います。 彼らはまた、パッチを当てる必要がある場所に届きにくい場所に注入できる接着剤のバージョンを開発しています。 あなたの庭の岩の下にある控えめなナメクジに触発されて、空がこの発明の限界だと思われます。

「私たちはしばらくの間ナメクジに取り組んできましたが、これが何か良いことにつながると確信しています」とスミスは言います。 「このスラッグは驚くべきものであり、本当に有用な接着剤につながる可能性があると常に感じていました。