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Les limaces inspirent de la colle super-forte pour sceller les blessures

Même avec les progrès de la médecine moderne, les médecins continuent de soigner leurs blessures avec des techniques apparemment plus appropriées pour les artisans que les salles d'opération: agrafes, kits de couture et colle. Grâce à une nouvelle invention, la science des adhésifs médicaux pourrait faire peau neuve. Les chercheurs ont littéralement retourné des cailloux pour créer une nouvelle colle ultra-forte à partir d'une source improbable: les limaces.

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La norme d'or actuelle en matière d'adhésifs médicaux n'est autre que la colle. Le composé actif de la colle, le cyanoacrylate, est la substance la plus difficile à utiliser, mais être fort est à peu près tout ce qu'il y a à faire. La colle ne colle pas aux surfaces mouillées, ce qui pose généralement un problème de saignement des plaies. Une fois appliqué sur une surface sèche, il se solidifie immédiatement en un plastique rigide et inflexible qui se rompt au lieu de se déplacer avec le corps pendant la guérison. Pour couronner le tout, il peut être toxique pour les cellules vivantes.

«Parfois, c'est surprenant, n'est-ce pas?», Explique David Mooney au sujet des méthodes de suture rustiques proposées aux médecins. Mooney est professeur de bio-ingénierie à l'Université Harvard. Ses recherches portent sur le monde naturel pour concevoir de nouveaux matériaux destinés à des applications médicales. «Au cours du processus évolutif, les organismes doivent faire face à différentes situations», dit-il. Cela peut prendre un million d'années, mais à cette époque, un organisme peut trouver le moyen le plus élégant et le plus efficace de reconstruire une coquille ou de panser une plaie. Les humains s'emparent d'une agrafeuse.

Mooney et son équipe tentent d'apporter un peu de finesse au royaume animal dans la recherche de solutions aux problèmes créés par l'homme. Jianyu Li, stagiaire postdoctoral dans le laboratoire de Mooney, a commencé la recherche d'un candidat exemplaire qui était un fief de la force et de la souplesse nécessaires pour sceller des blessures et sauver des vies en milieu chirurgical. Après avoir étudié la littérature, «nous avons trouvé cette créature très fantastique», dit Li. "La limace."

<I> Arion subfuscus </ i> est une limace orange commune qui vit dans les régions tempérées du nord du monde. Son mucus protecteur a inspiré une nouvelle colle médicale. Arion subfuscus est une limace orange commune qui vit dans les régions tempérées du nord du monde entier. Son mucus protecteur a inspiré une nouvelle colle médicale. (Wikimedia Commons)

Arion subfuscus , la limace en question, pourrait sembler être un candidat improbable. Ces mollusques orange rouillés et sans prétention mènent une vie simple dans les jardins et sous les rondins de bois dans les régions tempérées du nord du monde entier, tout en s'occupant de leurs affaires. C'est-à-dire jusqu'à ce que quelque chose les gêne. Si un prédateur affamé essaie de mordiller, la limace fait exploser une cache de mucus défensif.

«Quand j'ai découvert ces limaces et en ai cueilli une, je savais que ce matériel était vraiment extraordinaire», déclare Andrew Smith, professeur de biologie à Ithaca College et spécialiste des propriétés biochimiques du mucus de mollusque qui n'a pas participé à l'étude. . «Il déborde littéralement du dos de la limace et se transforme en un gel élastique vraiment résistant, en quelques secondes», dit-il.

"Ce qui rend excitant, c'est que le matériau est très résistant", déclare Smith. Il peut être étiré plus de 10 fois sa propre longueur, comme un élastique qui ne se cassera pas. Il peut durcir, mais reste flexible. Contrairement à la colle, elle fonctionnera sur des surfaces humides. Et c'est super, super collant. En fait, Smith a toujours du mal à libérer son équipement de laboratoire.

Transpercé par le pouvoir du mucus, il chercha à comprendre comment cela fonctionnait.

«Un gel typique comme Jell-o est raide, mais il est cassant: si vous pressez une cuillère dessus, il se fend», explique Smith. Les limaces ont trouvé un moyen d’être fort là où les desserts gélatineux sont faibles. Il a découvert que le mucus était composé à 97% d’eau mais était tissé de deux polymères différents. Le premier est organisé comme un filet maillé; il fournit la colonne vertébrale forte. Enchevêtrées à travers le treillis, de vastes chaînes de polymères maintiennent le treillis ensemble lorsqu’il est étiré sur de longues distances. Cette soi-disant matrice double est la clé de la force et de la souplesse du mucus de la limace.

Ensuite, les slugs rendent le tout collant en le recouvrant de protéines chargées positivement qui agissent comme du velcro atomique, en le liant aux charges négatives à la surface des tissus. Le résultat net? Une bouche pleine de colle imperméable lorsqu'un prédateur se régale pour une collation en limace. Ou bien, l'inspiration parfaite pour un nouvel adhésif médical ultra-résistant.

Cet adhésif résistant a été appliqué sur un cœur de porc et étiré pour montrer la forte adhérence et la durabilité. (Crédit: Jianyu Li et al., Science 2017)

Sur la base des travaux de Smith caractérisant le mucus de la limace, Li s'est efforcé de reproduire ses propriétés dans un adhésif synthétique. Mooney et Li soulignent qu'aucune créature de jardin ne sera blessée pour faire son invention. «Nous n'avons aucun élément de mucus de slug dans notre matériel», déclare Mooney. "Nous l'avons utilisé comme source d'inspiration."

Après quelques années d’essais et d’erreurs, Li a mis au point un prototype qui reproduit parfaitement les propriétés de double matrice durable du slug, qu’ils décrivent dans une étude publiée aujourd'hui dans la revue Science . La couche supérieure est un hydrogel qui peut être coupé à la taille souhaitée. La deuxième couche est appliquée sous forme liquide à l'hydrogel et active la liaison chimique. «C'est un ruban adhésif qui est attaché à quelque chose de très élastique et qui peut se déplacer facilement avec des mouchoirs en papier», dit Mooney.

Le nouvel adhésif frappe également le bon moment en matière de synchronisation en milieu chirurgical. «Ce n'est pas comme si vous le touchiez accidentellement à votre peau, il était bloqué et vous ne pouviez pas l'enlever», dit Mooney. Les chirurgiens auraient environ 10 secondes pour mettre l'adhésif en place. Une fois prise, l'adhésif «peut supporter le stress et la tension subis par les tissus», explique Li, des souches comme un cœur qui bat, une respiration et un mouvement.

Avec un prototype, l'équipe a mis son adhésif à l'épreuve. Ils ont effectué des expériences d'étirement mécanique, utilisé l'adhésif pour panser le foie de rat blessé et ont même démontré sa capacité à colmater un large défaut dans le cœur d'un porc battu. Lors de chaque essai, leur adhésif inspiré par la limace a surclassé tous les produits disponibles dans le commerce, évoluant de manière flexible avec des foies de guérison et des cœurs pompants, le tout sans toxicité évidente.

La stratégie de l'équipe consistant à se tourner vers la nature pour résoudre des problèmes est une valeur partagée par Phillip Messersmith, professeur de bioingénierie et de science des matériaux à l'Université de Californie à Berkeley, dont les recherches utilisent les moules comme bioinspiration pour les adhésifs. «C'est vraiment une étude très importante», dit-il. «Très bien exécuté et avec des implications importantes pour les applications médicales.» Bien que Messersmith n'ait émis aucune réserve technique, il note que toute application chirurgicale future nécessitera que le matériau soit biodégradable.

Heureusement, une version biodégradable de ces adhésifs est la prochaine sur le dossier. Avec un brevet en instance, Li et Mooney prévoient également de déterminer si leur invention peut être utilisée en toute sécurité par des personnes. «Chez les patients humains, la sécurité est primordiale, il faudra donc mener des études à long terme pour obtenir un niveau élevé de confiance en la sécurité», déclare Mooney. Ils développent également une version de l'adhésif qui peut être injectée dans des endroits difficiles à atteindre et nécessitant d'être réparés. Inspiré par une limace sans prétention sous les rochers de votre jardin, il semble que le ciel est la limite pour cette invention.

«Nous travaillons sur les limaces depuis un certain temps et je suis vraiment confiant que cela va mener à quelque chose de bien», déclare Smith. «J'ai toujours pensé que cette limace était remarquable et pouvait potentiellement conduire à des colles vraiment utiles, et wow, ils ont vraiment montré.

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