マサチューセッツ工科大学（MIT）の研究者らは、フジツボが岩にしがみつくために使う粘着性物質にヒントを得て、傷ついた組織を密封し、出血を止めることができる、強力で生体適合性のある接着剤を設計した。この新しい接着剤は、表面が血液で覆われていても接着することができ、塗布後約15秒でしっかりと密閉することができるという。このような接着剤を使えば、外傷の治療や手術中の出血を抑えるのに、より効果的な方法を提供できる可能性があるとこの研究者らは述べている。「我々は、人間の組織のように湿っていて動的な環境という、困難な環境における接着の問題を解決している。同時に、この基本的な知識を、命を救うことができる実際の製品に結びつけようとしているのだ」と、本研究の上級著者の一人であるMITの機械工学および土木環境工学の教授、Xuanhe Zhao博士は述べている。ミネソタ州ロチェスターにあるメイヨー・クリニックの心臓麻酔科医および重症患者治療医であるChristoph Nabzdyk医学博士も、2021年8月9日にNature Biomedical Engineering誌のオンライン版に掲載された論文の上席著者だ。MITリサーチサイエンティストのHyunwoo Yuk博士とポスドクのJingjing Wu博士は、この研究の主著者だ。この論文は、「フジツボ粘着剤から着想を得たペーストによる迅速かつ凝固に依存しない止血効果（Rapid and Coagulation-Independent Haemostatic Sealing By a Paste Inspired by Barnacle Glue）」と題されている。
自然からのインスピレーション
出血を止める方法は長年の課題であり、十分に解決されていないとZhao博士は述べた。傷口の縫合には一般的に縫合糸が使用されるが、縫合するには時間がかかり、緊急時に救急隊員が行うことは通常不可能だ。外傷後の死亡原因は、軍人では出血が第1位、一般人では第2位とされている。
近年、止血剤と呼ばれる出血を止める材料が製品化されている。その多くは、血液が自ら凝固するのを助ける凝固因子を含んだパッチである。しかし、これらの止血剤は密封状態になるまでに数分を要するため、大量に出血している傷口には必ずしも効果がない。
Zhao博士の研究室では、数年前からこの問題に取り組んできた。2019年、彼のチームは、両面組織テープを開発し、外科手術の切開部を閉じるのに使えることを示した。このテープは、クモが濡れた状態で獲物を捕らえるために使う粘着性のある素材からヒントを得たもので、帯電した多糖類を含んでおり、ほぼ瞬間的に表面から水を吸収して、接着剤が付着できるようにするものだ。
フジツボの糊
新しい組織接着剤を開発するにあたり、この研究者らは再び自然界からインスピレーションを得た。フジツボは、岩や船体、さらにはクジラなどの動物に付着する小さな甲殻類だ。これらの表面は濡れていたり、汚れていたりして、付着しにくい環境にある。
「この現象に注目した」とYuk博士は述べた。「出血した組織を密封するためには、濡れた状態だけでなく、出てきた血液による汚染とも戦わなければならないので、非常に興味深いことだ。出血した組織を塞ぐためには、濡れた状態だけでなく、出てきた血液による汚染とも戦わなければならないからだ。
研究者らがフジツボの糊を分析した結果、ユニークな組成を持っていることがわかった。フジツボが表面に付着するのを助ける粘着性のあるタンパク質分子は、水や表面にある汚染物質をはじく油に懸濁されており、粘着性タンパク質が表面にしっかりと付着できるようになっているのだ。
MITのチームは、以前に開発した接着剤を応用して、この接着剤を真似てみることにした。この粘着材は、ポリアクリル酸というポリマーに、接着力を与えるNHSエステルという有機化合物と、材料を強化する糖類のキトサンが埋め込まれたものである。研究チームは、この素材をシート状に凍らせて微粒子にし、医療用のシリコーンオイルに懸濁させた。
このペーストを血液の付着した組織などの湿った面に塗布すると、オイルが血液やその他の物質をはじき、粘着性のある微粒子が架橋して傷口を密閉することができる。接着剤を塗布してから15〜30秒後には、緩やかな圧力をかけることで接着剤が固まり、出血が止まることが、ラットを使った実験で示された。
2019年に研究者たちが設計した両面テープと比較した場合、この新素材の利点は、ペーストが不規則な傷に合わせて成形できることである。一方、テープは外科手術の切開部を塞いだり、医療機器を組織に取り付けたりするのに適していると研究者らは言う。「成形可能なペーストは、どんな不規則な形状にも流れ込んでフィットし、それを密封することができる」「これにより、ユーザーはあらゆる種類の不規則な形状の出血性の傷に適応することができる」とWu博士は述べた。
出血の抑制
メイヨークリニックのNabzdyk博士らは、ブタを使った実験で、この接着剤が肝臓の出血を速やかに止めることができ、市販の止血剤と比較しても、はるかに早く、効果的に作用することを確認した。さらに、強力な血液凝固阻止剤（ヘパリン）を投与して、血液が自然に凝固しないようにしても効果があったという。
研究の結果、接着剤は数週間そのままの状態を保ち、組織が自然に治癒するまでの時間を与え、現在使用されている止血剤と同様に、ほとんど炎症を起こさないことがわかった。また、接着剤は数ヶ月かけてゆっくりと体内に吸収されていくが、最初に接着剤を塗布した後に外科医が傷を修復する必要が生じた場合には、接着剤を溶かす溶液を塗布することで早期に除去することも可能である。
研究者らは現在、この接着剤をより大きな傷でテストする計画を立てており、この接着剤が外傷の治療に有用であることを証明したいと考えている。また、外科医が出血を抑えるために多くの時間を必要とする外科手術の際にも、この接着剤が役立つことを想定している。
Nabzdyk博士は、「我々は、技術的には多くの複雑な手術を行うことができるが、特に重度の出血を迅速にコントロールする能力については、それほど進歩していない」と語る。
また、動脈や中心静脈のカテーテル、体外式膜酸素療法（ECMO）など、血管にプラスチックのチューブを挿入している患者の出血を止めることも考えられる。ECMOでは、機械を使って患者の血液を体外に送り出し、酸素を供給する。ECMOは、重篤な心不全や肺不全の患者の治療に使用される。チューブは数週間から数ヶ月間挿入されたままになることが多く、挿入部位での出血は感染の原因となる。
