Cheagurile de sânge create artificial se formează mai repede pentru a opri hemoragia severă
Coagularea sângelui reprezintă unul dintre cele mai vechi mecanisme de supraviețuire ale organismului, o apărare biologică ce a protejat oamenii de sângerări periculoase timp de milioane de ani.
Însă, în cazul rănilor severe, soluția naturală poate să nu fie suficientă. O echipă de cercetători de la Paul M. Rady Department of Mechanical Engineering de la CU Boulder contribuie la testarea unui nou tip de cheag de sânge artificial, care se formează mai rapid și este mai durabil decât cele naturale. Această tehnologie are potențialul de a transforma modul în care medicii tratează rănile traumatice și gestionează pierderile de sânge amenințătoare de viață.
„Acesta este un nou biomaterial cu potențialul de a salva multe vieți”, a declarat Rong Long.
Studiul, publicat recent în jurnalul Nature, a fost condus de Jianyu Li în Laboratorul de Mecanică a Biomaterialelor de la Universitatea McGill. Long și echipa sa, împreună cu cercetători de la Universitatea British Columbia, Universitatea din Toronto și Versiti Blood Research Institute, au contribuit la această cercetare. Cheagurile fabricate sunt construite din celule roșii sanguine, iar echipa multidisciplinară a creat un cheag de sânge întărit prin legarea rapidă a celulelor sanguine într-o rețea durabilă, care se formează mai repede și este mult mai puternică decât versiunile naturale. Long și echipa sa din Laboratorul de Mecanică Nonlineară au descoperit principiile mecanice din spatele cheagului creat, folosind modele computaționale și teste pentru a-i studia proprietățile. Testele au arătat cât de multă presiune poate suporta cheagul artificial, precum și puterea și rapiditatea cu care se formează.
„Am descoperit că materialul este de 13 ori mai rezistent și de patru ori mai adeziv decât cheagurile de sânge native”, a adăugat Long.
Cheagurile de sânge au o reputație proastă. Atunci când se formează în locuri greșite sau anormale, pot conduce la urgențe medicale serioase, cum ar fi accidentele vasculare cerebrale și atacurile de cord. Cu toate acestea, coagularea sângelui este esențială în multe situații, de la o tăietură la deget în bucătărie până la o zgârietură de la o cădere de pe bicicletă.
Chiar și în aceste situații de rutină, coagularea sângelui previne pierderile excesive de sânge. Totuși, conform noului studiu, răspunsul natural nu este întotdeauna suficient de rapid sau eficient pentru circumstanțe mai severe.
„Există o proteină numită fibrină. Atunci când sângerează, trombocitele și fibrina formează o rețea pentru a ajuta la sigilarea rănii”, a explicat Long. „Aceste cheaguri de sânge native sunt impresionante, dar sunt fragile și se formează lent. Un soldat rănit de un glonț sau un pacient care suferă o hemoragie are nevoie de coagulare mai rapidă și mai rezistentă la rupere.”
Li, autorul principal al studiului, a împărtășit cu Long o idee îndrăzneață. Împreună cu Shuaibing Jiang, un student la doctorat în laboratorul lui Li, au arătat un nou tip de cheag de sânge care folosește o tehnică inovatoare pentru a întări cheagurile naturale cu o a doua rețea de celule roșii sanguine.
Rețelele naturale și cele întărite combinate au creat un sistem de coagulare artificial mai puternic și mai rapid decât orice cheag de sânge natural observat până acum. „A fost atât de interesant”, a spus Long. „De acolo, am început să construim modele și să studiem mecanica din spatele acestui material incredibil.”
Tehnica, denumită „click clotting”, utilizează o reacție chimică specială pentru a lega celulele roșii sanguine într-o structură asemănătoare unui gel. Deoarece reacția nu interferează cu chimia normală a sângelui, poate funcționa alături de procesul natural de coagulare al organismului. Acest lucru permite rețeaua de gel pe bază de celule să acționeze ca un al doilea sistem de suport, suprapus peste cheagul natural de fibrină-trombocite.
În timpul testelor de laborator și al experimentelor pe rozătoare, cheagurile întărite au absorbit stresul prin disiparea energiei, oprind rapid sângerarea și prevenind ruperea cheagului. De asemenea, acestea s-au format extrem de repede, luând formă în doar cinci secunde.
Un aspect poate cel mai intrigant al cheagurilor click-clotted este biocompatibilitatea lor. Eforturile anterioare de a recrea cheaguri de sânge au folosit adesea polimeri și alte materiale sintetice străine organismului. Cu toate acestea, cheagurile citogel ale lui Li sunt construite din celule roșii sanguine, blocurile celulare proprii ale organismului.
Această compoziție naturală conferă cheagurilor artificiale un avantaj unic: ele se pot degrada ușor în timp, transformând stigma cheagurilor de sânge din riscuri medicale în biomateriale controlate, salvatoare de vieți. „Celulele sanguine au o ‘dată de expirare’. În timp, acestea mor, așa cum o face toată viața”, a spus Long. „Folosind celule roșii sanguine ca bază pentru aceste cheaguri întărite, le facem temporare. Ele se pot descompune natural într-un interval scurt, prevenind blocajele și alte probleme de sănătate care apar atunci când rămân în organism prea mult timp.”
În timpul testelor, cheagurile bio-sigure au demonstrat o capacitate unică de a susține vindecarea țesuturilor și de a reduce inflamația. Long afirmă că aceste caracteristici au un mare potențial în domenii precum vindecarea rănilor și tratamentul sângerărilor de urgență, cu aplicații posibile în îngrijirea traumelor și sălile de operație din întreaga lume.
De asemenea, cercetătorii cred că strategia de legare a celulelor ar putea extinde utilizarea acesteia dincolo de cheagurile de sânge. Long își imaginează o zi în care tehnologia lui Li poate fi folosită pentru a repara țesuturi defecte sau pentru a viza zone localizate ale corpului pentru livrarea și tratamentul medicamentelor. Deși lucrările sunt încă în stadii incipiente, echipa consideră că aceasta sugerează o schimbare mai amplă în modul în care materialele biologice pot fi proiectate pentru medicină.
„Lucrările noastre arată că, atunci când sunt proiectate corespunzător, celulele roșii sanguine pot juca un rol structural central, permițând proiectarea de biomateriale mai puternice și mai funcționale”, a declarat Li.
