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Colla per ossa
Le ossa frantumate rappresentano un problema difficile per i chirurghi, che attualmente devono utilizzare minuscole viti e placche per tenere i frammenti in posizione abbastanza a lungo da consentire la guarigione della frattura. Ma una nuova colla, che ha il potere adesivo di aderire all'osso, potrebbe un giorno aiutare i chirurghi ortopedici a riparare le rotture difficili, hanno annunciato oggi i ricercatori al Conferenza dell'American Chemical Society a Washington, DC.
Re del castello: I vermi di Sandcastle (mostrati qui), che si costruiscono una casa di sabbia, hanno ispirato un nuovo adesivo che un giorno potrebbe essere usato per incollare di nuovo le ossa rotte.
Fare la colla che si attacca all'osso e ad altre superfici bagnate si è rivelato un compito particolarmente complesso: o scivola via o si dissolve nel liquido circostante. Russell Stewart, ricercatore capo e ingegnere biomedico presso l'Università dello Utah, ha trovato la sua ispirazione per la colla nel minuscolo verme del castello di sabbia. Il verme costruisce la sua casa a forma di tubo sul fondo dell'oceano usando granelli di sabbia e pezzi di guscio, cementati pezzo per pezzo come mattoni e malta.
Il verme deve superare diversi problemi quando mette insieme un castello di sabbia sott'acqua, dice Stewart. Il suo adesivo deve aderire alle superfici bagnate e quando sta secernendo quell'adesivo sott'acqua, deve impedire che si dissolva nell'oceano. Sebbene la colla all'inizio sia fluida, deve indurirsi in un solido. Il worm ha risolto tutti questi problemi e stiamo cercando di copiare queste soluzioni, dice.
Stewart e i suoi colleghi hanno scoperto che il verme del castello di sabbia utilizza i cambiamenti nel livello di pH per innescare l'indurimento della colla. All'interno del verme, dove il pH è basso, la colla è un fluido. L'esposizione all'acqua di mare, che ha un pH più elevato, fa solidificare lentamente la colla. Dopo un po' di tentativi, i ricercatori hanno ricreato una versione sintetica dell'adesivo del verme: una colla poliacrilica che è solubile in acqua ma non si dissolve nel liquido, è forte almeno quanto la Super Glue ed è due volte più forte della colla originale del verme . Gli esperimenti di coltura cellulare non hanno mostrato alcun segno di tossicità; i primi test sui ratti sembrano confermarlo e non mostrano alcuna reazione immunitaria insolita.
C'è un bisogno significativo nella clinica di colle migliori, dice Jeffrey Karp , un ingegnere biologico e chimico al Brigham and Women's Hospital di Boston. E mentre sono disponibili alcune colle di grado medico molto forti, osserva che tendono anche ad essere altamente infiammatorie. La necessità di un adesivo in grado di legare l'osso e allineare piccoli frammenti senza infiammazione è urgente. Inoltre, afferma Karp, il nuovo adesivo è unico in quanto può essere applicato su una superficie bagnata senza allontanarsi dal sito della lesione. Le colle tendono ad essere molto disordinate e i chirurghi hanno grandi difficoltà a manipolarle in ambienti umidi, dice. Difficile inserirli direttamente nel sito di interesse.
Uno stretto legame: Un'immagine al microscopio elettronico a scansione di due perle di vetro cementate insieme da un verme del castello di sabbia e rimosse dal tubo del verme (inserto). L'immagine più grande è un primo piano della connessione, che è stata realizzata utilizzando l'adesivo del verme.
Stewart e i suoi colleghi ritengono che l'adesivo possa essere utilizzato come complemento a fili, perni e piastre: i pezzi grandi potrebbero essere tenuti in posizione con l'hardware, mentre i piccoli pezzi potrebbero essere incollati di nuovo. E nelle fratture cranio-facciali, dove si utilizzano perni e le viti possono causare danni estetici permanenti, la colla potrebbe essere potenzialmente iniettata con una siringa, evitando interventi chirurgici a cielo aperto.
Una delle nostre sfide è tenere pezzi molto piccoli in un allineamento molto preciso. Dobbiamo solo tenerli lì finché non guariscono, solo sei settimane, dice Thomas Higgins , un chirurgo ortopedico presso la School of Medicine dell'Università dello Utah, specializzato in fratture articolari e si è consultato con Stewart sulle applicazioni cliniche dell'adesivo. Avere qualcosa che è liquido e assumerebbe uno stato più rigido quando lo metti [nel corpo], sarebbe molto più facilmente applicabile e molto più versatile di quello che usiamo ora, dice. Questo è ancora preliminare, ma mostra molte promesse.
Oltre a incollare le ossa, l'adesivo è promettente per una serie di applicazioni in ambienti umidi, dalla riparazione di denti rotti alla riparazione di crepe corrosive sulle navi fuori dal bacino di carenaggio. Sarà davvero interessante per un dentista o un chirurgo ortopedico considerare [questo tipo di materiale] come una strategia per la riparazione di ossa e denti, afferma Herbert Waite , un biochimico dell'Università della California, Santa Barbara, che non era coinvolto nella ricerca.
Karp osserva che c'è ancora molto lavoro da fare. Solo l'idea di formare colla in presenza di sangue può essere molto diversa rispetto a formarla sotto l'acqua di mare o in condizioni di laboratorio, dice. Ma crede che il gruppo sia partito bene. Penso che sia un approccio davvero interessante e nuovo, per comprendere meglio la biologia del verme dei castelli di sabbia per creare nuovi adesivi, dice Karp. L'evoluzione è il miglior risolutore di problemi. Non c'è niente che possa competere con esso.