Bez odpowiedniego wynalazku medycznego obrażenia odniesione w wyniku kolizji drogowych, poważnych wypadków w miejscu pracy lub broni mogą skutkować śmiertelnym krwotokiem.
Celem badaczy z Uniwersytetu Centralnej Florydy jest zapobieganie takim krwawieniom w potencjalnie śmiertelnych sytuacjach za pomocą nowego hemostatycznego bandaża przypominającego gąbkę o skuteczności przeciwdrobnoustrojowej, który niedawno opracowali i szczegółowo opisali w nowo opublikowanym badaniu w czasopiśmie Biomaterials Science.
„To, co dzieje się w terenie lub podczas wypadku, wynika z silnego krwawienia, a pacjenci mogą umrzeć” – mówi Kausik Mukhopadhyay, adiunkt nauk o materiałach i inżynierii na UCF oraz współautor badania. „Te ofiary śmiertelne zwykle mają miejsce w ciągu pierwszych 30 minut do jednej godziny. Cały nasz pomysł polegał na opracowaniu bardzo prostego rozwiązania, które zapewniłoby skuteczność hemostatyczną w tym czasie. Jeśli uda się uratować pacjenta, lekarze i pielęgniarki będą mogli uratować pacjenta.”
Chemia i mechanizmy
Metoda opracowana przez Mukhopadhyaya i jego zespół nazywa się SilFoam, ponieważ przypomina bardziej piankę niż tradycyjny bandaż. SilFoam to płynny żel składający się z siloksanów (krzemu i tlenu), podawany za pomocą specjalnej dwukomorowej strzykawki, która szybko rozszerza się do gąbczastej piany po zetknięciu się z sobą w ranie w czasie krótszym niż jedna minuta. Gąbka wywiera nacisk, aby zatamować krwotok w miejscu porodu, a jednocześnie służy jako środek antybakteryjny ze względu na zawarty w niej tlenek srebra.
Mukhopadhyay mówi, że na każde pięć mililitrów wstrzykniętego żelu można spodziewać się wzrostu o około 35 mililitrów.
„Za każdym razem, gdy masz obfite krwawienie lub krwawienie, chcesz nacisnąć przycisk i zatamować krwawienie” – mówi. „Więc to, co tutaj zrobiliśmy, to właściwie to samo. Zamiast wkładać rękę, wstrzyknęliśmy ją i spowodowało to obszerne rozszerzenie”.
Mukhopadhyay i jego współpracownicy odkryli, że ich gąbka również zapewniała delikatniejsze usuwanie.
„Właściwości klejące tego bandaża są zoptymalizowane tak, że po wyjęciu go z układu mniejsze naczynia nie ulegają pęknięciu, ale zawiera odpowiednią ilość dodatku, który może przylegać do mięśni, żył i tętnic, dzięki czemu krew nie wycieka” – mówi.
Porowatość i właściwości adhezyjne gąbki pomagają jej rozszerzać się i uszczelniać ranę, umożliwiając przejęcie naturalnego procesu krzepnięcia organizmu, mówi Mukhopadhyay.
„Podczas reakcji wytwarza się niewielka ilość ciepła, która bardzo przyspiesza przebieg procesu” – mówi. „Co więcej, jako produkt uboczny reakcji próbuje wydostać się tlen, będący produktem ubocznym reakcji. Zamiast więc tworzyć z niej sieciowalną gumę, jest to miękka gąbka o dużej porowatości wewnętrznej”.
Eksperymenty i metody
Badanie sposobów opatrywania ran wymaga szczególnej uwagi i rozważności, aby upewnić się, że badani nie wyrządzą krzywdy, jednak naukowcom udało się ominąć ten problem, testując swoje metody za pomocą funkcjonalnego modelu anatomicznego.
Do przetestowania pianki wykorzystali specjalnie wykonane manekiny zaprojektowane z realistycznymi naczyniami krwionośnymi i ranami opracowanymi przez lokalną firmę SIMETRI, aby przetestować piankę w nadziei, że wstępne wyniki będą wystarczająco obiecujące, aby przystąpić do dalszych testów.
„Jednym z najważniejszych elementów było to, że zastosowaliśmy modele nieinwazyjne” – mówi Mukhopadhyay. „Na tym etapie możemy uzyskać zgody i przystąpić do badania modeli in vivo. Na tym etapie nie ma również żadnych skutków psychologicznych dla weterynarzy ani chirurgów”.
Eksperymenty okazały się obiecujące, zwłaszcza gdy badacze porównali SilFoam z pięcioma innymi istniejącymi metodami leczenia.
Odkryli, że SilFoam ma wiele zalet, takich jak znacznie mniej wycieków, przechowywanie w temperaturze pokojowej w porównaniu z koniecznością stosowania niskich temperatur, ostatecznie niższy koszt materiałów i niewielkie lub żadne wymagania dotyczące szkolenia w zakresie obsługi strzykawki.
W eksperymentach pomagała Pritha Sarkar, absolwentka wydziału materiałoznawstwa na Uniwersytecie Kalifornijskim UCF.
„Musieliśmy sprawdzić reaktywność obu części, ponieważ potrzebowaliśmy wystarczającej ilości tlenu, która może rozszerzyć gąbkę, ale jednocześnie nie chcieliśmy, aby materiał zbytnio się nagrzał, ponieważ sama reakcja generuje ciepło” – dodał. ona mówi.
Sarkar napisał również SMS-a na temat toksyczności i wytrzymałości materiałów, aby upewnić się, że są one bezpieczne dla ludzkiego ciała i trwałe, ale niezbyt sztywne.
Pracowała także nad tym, aby skład SilFoam nie zaszkodził pacjentowi po jego usunięciu.
„Jeśli masz coś bardzo lepkiego, na przykład bandaż, który możesz przykleić na ranę, co zapobiegnie wypłynięciu krwi, ale jeśli chcesz go usunąć, może to spowodować uszkodzenie tkanki lub ból” – mówi Sarkar. „Nasz system polimerowy nie przykleja się do skóry, więc można go bardzo łatwo usunąć. Mamy opatrunek, który może rozszerzyć się na ranę i uszczelnić ją, ale jednocześnie, gdy spełni swoje zadanie, można go usunąć bardzo łatwo.”
Ograniczanie infekcji i kolejne kroki
Badania nad komponentem antybakteryjnym przeprowadziła Melanie Coathup, profesor medycyny w UCF College of Medicine i dyrektor klastra Bioionix na UCF.
Współpracuje z naukowcami zajmującymi się materiałami i inżynierami mechanikami w celu tworzenia nowych technologii i terapii medycznych.
„Mój doktorant Abi Sindu Pugazhendhi i ja współpracowaliśmy z dr Mukhopadhyayem i zespołem, aby zbadać siłę działania jego materiału i skuteczność zatrzymywania rozwoju bakterii” – mówi Coathup. „Oceniliśmy bakterie, które zazwyczaj infekują urazowe uszkodzenie tułowia, a nasze wyniki wykazały, że materiał był bardzo skuteczny, dlatego wykorzystano go w systemie bandaży opracowanym przez dr Mukhopadhyaya, co potwierdziło jego skuteczność jako nowej strategii hemostatycznej i antybakteryjnej to wspaniałe i ważne odkrycie.”
Mówi, że możliwość ratowania życia w ramach tych badań była niezwykle satysfakcjonująca.
„Badania są istotne, ponieważ w tej chwili nie ma skutecznych metod leczenia osób cierpiących na te schorzenia i naprawdę potrzebne są nowe strategie” – mówi Coathup. „Oznacza to, że współpraca z doktorem Mukhopadhyayem w celu zbadania nowatorskiej gąbki antybakteryjnej, która w przyszłości mogłaby zapewnić leczenie ratujące życie w przypadku poważnych urazów, była absolutną przyjemnością i trafiła w mój gust”.
Mukhopadhyay również niedawno otrzymał nagrodę GAP za pomoc w uzyskaniu licencji SilFoam i jego wdrożeniu. Mówi, że następnym krokiem będzie współpraca z Centrum Medycznym Uniwersytetu Nebraski i przeprowadzenie badań in vivo w ich placówkach.