Anonim

MIT utvikler selvhelbredende materialer som virker som blodpropper

Vitenskap

David Szondy

11. januar 2013

Simulering av koagulasjonsprosessen, som viser blodplater i gull og Willebrand-faktormolekylene i rødt

Blodpropper er en måte hvor kroppen helbreder seg selv etter skader på selv det minste nivået. Prosessen er rask, pålitelig og går videre hvert minutt av dagen uten at vi er klar over det. Nå studerer et team ledet av MIT assisterende professor i materialvitenskap og ingeniørfag, Alfredo Alexander-Katz, blodpropper som en ny modell for produksjon av selvhelbredende materialer.

Blodstimulering virker enkelt. Du kutter deg selv og kroppen din stopper blødningen og lukker såret. Men den enkle setningen dekker en utrolig kompleks biologisk mekanisme som involverer alle slags kjemiske og mekaniske prosesser som fremdeles ikke forstås fullt ut.

Clotting eller koagulasjon bruker en gruppe molekyler tilstede i vev og blodstrøm. Mange av disse molekylene strømmer gjennom venene og arteriene som små medisinske kits venter til det trengs. Hvis et blodkar er skadet eller en celle dør, setter dette av en kaskade av hendelser som er utformet for å stoppe blødningen og beskytte såret mot infeksjon. MIT-teamet fokuserte sin oppmerksomhet på bare en del av den svært involverte prosessen: hvordan koagulering bruker blodstrøm for å koble et sår.

Det de oppdaget var det motsatte av det man ville forvente. Vanligvis når et væske strømmer, holder det det å størkne. Det er prinsippet bak sementblandere og Slurpee-maskiner. Ved å holde sementen eller frossen drikke-omrøring, forhindres krystaller fra å danne som ville gjøre væsken til en fast masse. Med blod er det akkurat det motsatte. Jo raskere strømmen, desto raskere blir det en blodpropp. Ifølge Alexander-Katz, "En del av det er kjemi, og en del av det er mekanisk, som har å gjøre med selve strømmen."

Prosessen som laget studerte innebærer blodplater og et biopolymermolekyl som heter Willebrand-faktor (vWF). Blodplater er kjernefrie blodceller som har en rekke funksjoner i koagulering. I dette tilfellet fungerer de som byggesteiner for blodpropp. vWF er et langkjedet molekyl som flyter i blodet, spolet opp som et limebånd. Etter hvert som blodstrømmen øker, for eksempel under en skade, fører strømmen til at vWF strekker seg ut.

Når rullet opp, ruller vWF bare, men når de strekkes, begynner de utsatte klissete overflatene å ta tak i blodplaten og forstyrre dem. Jo raskere strømmen er, desto mer molekyler uncoil. Andre celler blir fanget opp og en plugg dannes innen sekunder. Dette, igjen, høres enkelt ut, men koagulering er en prosess som trenger nøye kontroll hvis fartøyet ikke kommer til å bli helt tilstoppet. Av den grunn er det også "molekylære saks" som kutter opp pluggen når den dannes. Etter hvert som blodstrømmen øker, gjør det også koaguleringen til saksene ikke holder opp. Når strømmen minker, begynner clot å løsne når saksene kommer til å fungere.

Resultatet av alt dette er en ny modell for et selvreparasjonsmateriale. Slike materialer har eksistert siden før andre verdenskrig, men de har vært relativt enkle i prinsippet. Noen, for eksempel selvforseglende drivstofftanker, bruker et lag som utvides for å fylle punkteringer. Andre stole på kapillærene fylt med harpiks som sprer seg og hærder for å reparere skade. Imidlertid er blodproppene dynamiske. De danner under visse forhold og oppløses når disse forholdene ikke lenger gjelder. Viktigere, de er ikke enkle tetningsmasse, men en konstruksjon - en som dannes med bemerkelsesverdig fart og er reversibel.

Disse egenskapene gjør clots veldig interessant for ingeniører. Ved å etterligne blodproppsmekanismen mener MIT-teamet at det kan finne et bredt spekter av applikasjoner. Ikke bare kan det brukes i selvreparerende materialer, men det kan også brukes til selvmontering. Faktisk vil evnen til å kontrollere prosessen ved å kontrollere strømningshastigheten gjøre den ideell for alt fra blekk til selvhelende dekk.

Funnene av laget har blitt publisert i online journal Nature Communications .

I videoen nedenfor beskriver Alexander-Katz prosessen.

Kilde: MIT

Simulering av koagulasjonsprosessen, som viser blodplater i gull og Willebrand-faktormolekylene i rødt

Anbefalt Redaksjonens