Kleben klappt bekanntlich nur bei trockenen Flächen gut und im Fall von organischen Materialien ist die Herausforderung besonders hoch: Der menschliche Körper ist voll von Blut, Serum und anderen Flüssigkeiten, die eine Versorgung von internen Verletzungen durch Klebematerialen extrem erschweren. Viele der bisher verwendeten Klebstoffprodukte sind außerdem reizend für das Gewebe und unflexibel. Kurzum: Alternativen zu bisherigen Systemen sind gefragt. Ein Team um Jianyu Li vom Wyss-Institute der Harvard University präsentiert nun ihr von der Natur inspiriertes Konzept.
Von einer Nacktschnecke abgeschaut
Am Anfang der Geschichte stand eine Recherche nach potenziell technisch umsetzbaren Klebe-Patententen in der Natur. So stießen Li und seine Kollegen schließlich auf die Rezepte der Nacktschnecken. Konkret wurden sie bei der in Europa beheimateten Braunen Wegschnecke ( Arion subfuscus) fündig. Wenn sich diese Weichtierchen bedroht fühlen, scheiden sie eine spezielle Art von Super-Klebschleim ab, mit dem sie sich auch an feuchte Oberflächen so stark anheften können, dass Feinde sie kaum lösen können.
Untersuchungen der Forscher zeigten, dass dieser erstaunliche Schleim-Leim aus einer zähen Matrix besteht, in der vor allem positiv geladene Eiweiße für die Haft-Effekte sorgen. Li und seine Kollegen haben dieses Konzept nun in ein doppelschichtiges Hydrogel umgesetzt. Es besteht aus einer Alginat-Polyacrylamid-Matrix, die eine Klebeschicht trägt. Auf dieser sitzen positiv geladene Polymere, die den Effekt der Eiweiße des Schneckenschleims imitieren.
Wie die Forscher erklären, heften sich die Polymere durch gleich mehrere Effekte an biologische Gewebe: durch elektrostatische Anziehung, kovalente Bindungen und einen Durchdringungseffekt. “Die meisten bisherigen Materialien haben sich nur auf die Schnittstelle zwischen dem Gewebe und dem Klebstoff konzentriert. Unser Kleber ist in der Lage, Energie durch seine Matrixschicht zu zerstreuen, sodass er sich viel stärker strapazieren lässt, bevor er reißt”, erklärt Li.
Potenzial zeichnet sich ab
Die Forscher testeten den Klebstoff an einer Vielzahl von trockenen und feuchten tierischen Geweben wie Haut und Organoberflächen. Es zeigte sich, dass im Vergleich zu herkömmlichen Produkten deutlich mehr Energie erforderlich ist, um die Haftung des neuen Klebstoffs zu lösen. Wenn er schließlich doch nachgab, lag dies den Analysen zufolge an Brüchen im Hydrogel selbst und nicht am Versagen der Bindung zwischen dem Klebstoff und dem Gewebe, betonen die Forscher. Es handelt sich somit um ein beispielloses Niveau von Haftfestigkeit.
Der Klebstoff erwies sich auch als effektiv und gut verträglich, wenn ihn die Forscher für zwei Wochen in Ratten implantierten. Darüber hinaus unterzogen sie ihn einem Belastungstest: Sie dichteten mit dem Klebstoff ein Loch in einem Schweinherz ab und bliesen das Organ mechanisch auf und entleerten es anschließend wieder. Zehntausende von Zyklen lang machte das “Schnecken-Pflaster” diese Belastung mit, berichten die Forscher.
Damit zeichnen sich nun zahlreiche Einsatzmöglichkeiten im medizinischen Bereich ab: Das Material könnte als Flicken eingesetzt werden, der sich auf gewünschte Größen zuschneiden und auf Gewebeoberflächen auftragen lässt. Darüber hinaus bietet es sich auch in Form einer injizierbare Lösung für die Behandlung von tieferen Verletzungen an. Das Material könnte außerdem verwendet werden, um medizinische Geräte an ihre Zielstrukturen anzuheften, wie beispielsweise Komponenten, die die Herzfunktion unterstützen. Co-Autor Juda Folkman von der Harvard University resümiert begeistert: “Es ist spannend zu sehen, wie sich eine Technologie für chirurgische Wundheilung aus einem Konzept einer scheinbar bescheidenen Schnecke entwickeln könnte”.
Mit Licht gegen Ewigkeitschemikalien
