Doktor Lin léčí kosti za tři minuty… pomocí lepidla z ústřic, které se v Číně používá od 10. století k upevňování mostů

Nápad napadl lékaře Lin Xianfena jednoho větrného a bouřlivého dne. Mohou ústřice slepit zlomené lidské kosti? Právě dokázal, že ano

Doktor Lin představil své výsledky v září a díky jejich medicínskému potenciálu vyvolaly ohlas ve světových médiích.

Během dynastie Song v Číně (mezi lety 960 a 1279 n. l.) stavitelé dnešního města Quanzhou na jihu asijského giganta narazili na problém s pilíři jednoho z kamenných mostů postavených nad mořem, který se táhl více než dva kilometry k ostrovu Anhai. Základ mostu se nacházel na otevřeném moři a slaná voda a vlny ničily infrastrukturu. Místní úředníci našli originální řešení: vysadit kolem základů ústřice. Měkkýši, jak rostli, pevně se přichytili ke kameni a vytvořili husté shluky lastur. Tyto přírodní kolonie fungovaly jako druh cementu, protože vylučují přírodní lepidlo, které se skládá hlavně z uhličitanu vápenatého a bílkovin, které mohly utěsnit spoje a chránit základnu před nárazy vln.

Čínské knihy shromažďují historii „ústřic-strážců“ mostu, který dodnes stojí jako jeden z prvních bioinženýrských divů světa. Po tisíciletích čínští vědci obnovili tajemství této starověké techniky používání ústřic k lepení lidských kostí.

Před devíti lety si Lin Xianfeng, mladý ortopedický chirurg, přečetl o hrdinském činu stavitelů dynastie Song během dovolené, kterou strávil ve svém rodném městě Wenzhou. Při procházce po mostě vedoucím na malý ostrov si Lin všiml husté vrstvy ústřic přichycených k betonu, které odolávaly vlnám a silnému větru, který ten den foukal. V tu chvíli se doktorovi rozsvítila žárovka inspirace a položil si otázku: pokud se ústřice mohou pevně přichytit k mostům a zpevnit tak jejich základy nebo ke skalám pod vodou, je možné dosáhnout podobného výsledku ve vlhkém prostředí lidského těla?

Stejnou otázku si před mnoha lety kladl profesor Fan Shunwu, lékař v důchodu s více než 40 lety praxe jako traumatolog v nemocnici Sir Ran Ran Shou, která je přidružena k lékařské fakultě Univerzity Zhejiang ve východní části Číny. „Po téměř sto let vědci a lékaři po celém světě nepřestávali hledat adhezivní materiály pro kosti. Tradiční metody kovové fixace mají své nevýhody. Fixace malých kostních fragmentů vyžaduje mnoho času a úsilí, protože není snadné dosáhnout bezešvého spojení. Kromě toho může během zákroku dojít ke ztrátě nebo resorpci kostních fragmentů. Vše by se změnilo, kdyby existoval lékařský materiál schopný přímo spojovat kosti,“ napsal Fan v jedné ze svých disertačních prací.

Když doktor Lin nastoupil jako ordinant do nemocnice v Čze-ťiangu, profesor Fan se stal jeho mentorem. Po nějaké době se Lin na radu zkušeného traumatologa rozhodl vést mladý tým, který se zabýval vývojem lepidla na kosti inspirovaného ústřicemi.

V září se tato zpráva rozšířila po celém světě: tým vědců vyvinul první „lepidlo na kosti“ na světě, inspirované ústřicemi, které se přichytávají ke skalám v oceánu a pilířům mostů. Na tiskové konferenci, která se konala v nemocnici v Čche-ťiangu, představil doktor Lin Bone 02, vynález, který odkazuje na „502“, široce používaný čínský superlepidlo pro domácí použití, které bylo vytvořeno v laboratoři s tímto číslem.

„Vytvořili jsme bioadhezivum, které nabízí méně invazivní alternativu k kovovým šroubům a dlahám, které se obvykle používají k léčbě zlomenin. Může být obzvláště účinné při mnohopočetných zlomeninách, kdy se kosti rozbijí na tři nebo více fragmentů. Tento bioadhezivum vytváří spoje, které jsou dostatečně pevné, aby vydržely zatížení více než 200 kilogramů. Kromě toho se bezpečně rozpouští během šesti měsíců,“ vysvětlil vedoucí výzkumu a poznamenal, že klinické testy ukázaly slibné výsledky u více než 150 pacientů.

TŘI MINUTY

Tým vysvětlil, že v jednom z testů se jim podařilo spojit kostní fragmenty zlomeného zápěstí za pouhé tři minuty pomocí 2–3 centimetrů dlouhého řezu pro aplikaci lepidla, zatímco standardní operace by vyžadovala větší řez pro implantaci kovových destiček a šroubů, s rizikem poškození nervů a opakované operace po roce pro odstranění materiálů. Úplné uzdravení pacienta trvalo tři měsíce.

Lin vysvětlil v několika rozhovorech pro místní televizní stanice, že jeho posedlost hledáním tohoto biolepidla vznikla z frustrace z mnoha hodin strávených v operačním sále při léčbě zlomenin. „V prvních letech výzkum uvízl na mrtvém bodě, protože jsme se snažili najít spojení, které by mohlo rychle vytvářet pevné vazby v krevním řečišti a mělo vynikající biologickou kompatibilitu, aby se zabránilo poškození tkání a zajistilo bezpečné vstřebávání v těle,“ vysvětlil.

Díky četným výzkumům mechanismu biologické adheze ústřic, stovkám optimalizací testů a experimentů na myších a králících se Linověmu týmu podařilo vytvořit netoxický materiál, který zajišťuje okamžité a pevné spojení za pouhé tři minuty. „Materiál je zcela biologicky rozložitelný a přirozeně se vstřebává během hojení kosti po dobu přibližně šesti měsíců, čímž vytváří vzhled bez jizev a eliminuje nutnost opakované operace, jak je tomu v tradičním procesu,“ vysvětlil Lin. „Je vhodný pro opravu zlomenin jakékoli velikosti prakticky na všech částech těla, zejména drobných kostních fragmentů, které je obtížné obnovit pomocí tradičních nástrojů.“

Od roku 2016 Lin experimentuje s výlučky ústřic, aby vyvinul účinné netoxické lepidlo na kosti, ale „cement“ těchto měkkýšů již dlouho zajímá vědce z celého světa. V roce 2010 americký tým z Purdue University publikoval studii, ve které rozluštil chemické složení lepidla produkovaného ústřicemi. „Ústřicový cement je zřejmě pevnější než látky, které mušle nebo škeble používají k připevnění ke skalám, a může být klíčem k vývoji ekologičtějších lepidel s použitím v různých oblastech, od stomatologie po stavebnictví a námořní dopravu,“ poznamenal autor zprávy, chemik Jonathan Wilker.

Rebecca Metzler, další výzkumnice z Colgate University v New Yorku, také vedla tým, který studoval vlastnosti lepidla ústřic a jeho funkčnost při lepení zubních implantátů: skládá se z drobných částic minerálu zvaného aragonit, který se kombinuje s řadou bílkovin, což přispívá k vývoji kvalitnějších syntetických a ekologických lepidel. Nyní ústřice, které již v dynastii Song fixovaly můstky, mohou být klíčem k vytvoření revolučního lepidla pro zlomené kosti.