Inspiré d'une substance collante que les araignées utilisent pour attraper leurs proies, Les ingénieurs du MIT ont conçu un ruban adhésif double face qui peut rapidement sceller les tissus ensemble.

Dans des tests sur des tissus de rats et de porcs, les chercheurs ont montré que leur nouvelle bande peut lier étroitement des tissus tels que les poumons et les intestins en seulement cinq secondes. Ils espèrent que cette bande pourra éventuellement être utilisée à la place des sutures chirurgicales, qui ne fonctionnent pas bien dans tous les tissus et peuvent entraîner des complications chez certains patients.

« Il y a plus de 230 millions de chirurgies majeures dans le monde chaque année, et beaucoup d'entre eux nécessitent des sutures pour fermer la plaie, ce qui peut en fait provoquer un stress sur les tissus et peut provoquer des infections, la douleur, et des cicatrices. Nous proposons une approche fondamentalement différente pour sceller les tissus, " dit Xuanhe Zhao, professeur agrégé de génie mécanique et de génie civil et environnemental au MIT et auteur principal de l'étude.

Le ruban adhésif double face peut également être utilisé pour fixer des dispositifs médicaux implantables aux tissus, y compris le coeur, les chercheurs ont montré. En outre, ça marche beaucoup plus vite que les colles à tissus, qui prennent généralement plusieurs minutes pour se lier fermement et peuvent s'égoutter sur d'autres parties du corps.

Les étudiants diplômés Hyunwoo Yuk et Claudia Varela sont les principaux auteurs de l'étude, qui apparaît aujourd'hui dans La nature . Les autres auteurs sont l'étudiant diplômé du MIT Xinyu Mao, Ellen Roche, professeure adjointe de génie mécanique au MIT, Christoph Nabzdyk, médecin de soins intensifs de la Mayo Clinic, et le pathologiste du Brigham and Women's Hospital, Robert Padera.

Un joint étanche

La formation d'un joint étanche entre les tissus est considérée comme très difficile car l'eau à la surface des tissus interfère avec l'adhérence. Les colles tissulaires existantes diffusent des molécules adhésives à travers l'eau entre deux surfaces tissulaires pour les lier ensemble, mais ce processus peut prendre plusieurs minutes, voire plus.

L'équipe du MIT voulait proposer quelque chose qui fonctionnerait beaucoup plus rapidement. Le groupe de Zhao avait déjà développé d'autres nouveaux adhésifs, y compris une superglue hydrogel qui offre une adhérence plus dure que les matériaux collants qui se produisent dans la nature, comme celles que les moules et les balanes utilisent pour s'accrocher aux navires et aux rochers.

Pour créer un ruban adhésif double face qui pourrait rapidement joindre deux surfaces humides ensemble, l'équipe s'est inspirée du monde naturel, en particulier, le matériau collant que les araignées utilisent pour capturer leurs proies dans des conditions humides. Cette colle d'araignée comprend des polysaccharides chargés qui peuvent absorber l'eau de la surface d'un insecte presque instantanément, enlever une petite tache sèche sur laquelle la colle peut adhérer.

Pour imiter cela avec un adhésif technique, les chercheurs ont conçu un matériau qui absorbe d'abord l'eau des tissus humides, puis lie rapidement deux tissus ensemble. Pour l'absorption d'eau, ils ont utilisé de l'acide polyacrylique, un matériau très absorbant qui est utilisé dans les couches. Dès que le ruban est appliqué, il aspire de l'eau, permettant à l'acide polyacrylique de former rapidement des liaisons hydrogène faibles avec les deux tissus.

Ces liaisons hydrogène et autres interactions faibles maintiennent temporairement le ruban et les tissus en place tandis que les groupes chimiques appelés esters NHS, que les chercheurs ont noyé dans l'acide polyacrylique, former des liens beaucoup plus forts, appelées liaisons covalentes, avec des protéines dans le tissu. Cela prend environ cinq secondes.

Pour rendre leur ruban assez résistant pour durer à l'intérieur du corps, les chercheurs ont incorporé soit de la gélatine, soit du chitosane (un polysaccharide dur présent dans les coquilles d'insectes). Ces polymères permettent à l'adhésif de conserver sa forme pendant de longues périodes. Selon l'application pour laquelle la bande est utilisée, les chercheurs peuvent contrôler la vitesse à laquelle il se décompose à l'intérieur du corps en faisant varier les ingrédients qui le composent. La gélatine a tendance à se décomposer en quelques jours ou semaines dans le corps humain, tandis que le chitosane peut durer plus longtemps (un mois ou même jusqu'à un an).

Guérison rapide

Ce type d'adhésif pourrait avoir un impact majeur sur la capacité des chirurgiens à sceller les incisions et à cicatriser les plaies, Yuk dit. Pour explorer les applications possibles du nouveau ruban adhésif double face, les chercheurs l'ont testé dans différents types de tissus de porc, y compris la peau, intestin grêle, estomac, et foie. Ils ont également effectué des tests dans les poumons et la trachée des porcs, montrant qu'ils pouvaient réparer rapidement les dommages causés à ces organes.

"Il est très difficile de suturer des tissus mous ou fragiles tels que le poumon et la trachée, mais avec notre ruban adhésif double face, dans les cinq secondes, nous pouvons facilement les sceller, " Yuk dit.

La bande a également bien fonctionné pour sceller les dommages au tractus gastro-intestinal, ce qui pourrait être très utile pour prévenir les fuites qui surviennent parfois après la chirurgie. Cette fuite peut provoquer une septicémie et d'autres complications potentiellement mortelles.

L'implantation de dispositifs médicaux dans le corps est une autre application explorée par l'équipe du MIT. En collaboration avec le laboratoire de Roche, les chercheurs ont montré que le ruban pouvait être utilisé pour attacher fermement un petit patch en polyuréthane au cœur de rats vivants, qui ont à peu près la taille d'une vignette. Normalement, ce genre de procédure est extrêmement compliqué et nécessite un chirurgien expérimenté pour effectuer, mais l'équipe de recherche a pu simplement coller le patch avec son scotch en appuyant quelques secondes, et il est resté en place pendant plusieurs jours.

En plus du patch cardiaque en polyuréthane, les chercheurs ont découvert que le ruban pouvait fixer avec succès des matériaux tels que le caoutchouc de silicone, titane, et des hydrogels aux tissus.

« Cela donne une image plus élégante, plus simple, et une manière plus universellement applicable d'introduire un moniteur implantable ou un dispositif d'administration de médicament, parce que nous pouvons adhérer à de nombreux sites différents sans causer de dommages ou de complications secondaires en piquant les tissus pour fixer les dispositifs, " Yuk dit.

Les chercheurs travaillent maintenant avec des médecins pour identifier des applications supplémentaires pour ce type d'adhésif et pour effectuer davantage de tests sur des modèles animaux.