Хищникам, решившим съесть на обед североамериканского дикобраза (Erethizon dorsatum), можно только посочувствовать. Многим собаководам США известно, как трудно удалить длинные острые иглы, торчащие из морды их излишне любопытных питомцев.
Колючие зверьки из отряда грызунов несут на своей спине до 30 тысяч видоизменённых волос, которые легко пронзают мягкие ткани нападающего и застревают в ране.
Группа учёных под руководством Джеффри Карпа (Jeffrey Karp) из Гарвардского университета решила внимательно изучить оружие дикобраза, чтобы использовать секреты природы в медицине.
"Мы постоянно ищем в природе примеры, которые могут вдохновить нас на новые подходы в медицине, – говорит Карп. – Я думаю, что в процессе эволюции рождаются лучшие решения для некоторых проблем".
Учёным давно известно, что наконечник каждой иглы дикобраза усыпан мелкими шипами. При проколе они впиваются в ткани и делают удаление колючки трудным и болезненным. Природа придумала такой трюк, чтобы хищник раз и навсегда запомнил встречу с дикобразом.
Чтобы лучше понять, как действует "грозное оружие" дикобраза, исследователи протыкали различные предметы, в том числе куриное мясо, свиную кожу и синтетическую кожу человека. С помощью специального прибора они измеряли силу, которую необходимо было приложить для введения иглы и последующего её удаления. Затем учёные полностью или частично удалили шипы с колючек и повторили свои изыскания.
Как и ожидалось, иглы с зубцами застревали в мясе и коже, и требовалось приложить значительное усилие, чтобы их извлечь. В то же время колючки с гладким наконечником с лёгкостью выходили наружу. Исследователи установили, что основную роль играют зубцы, расположенные на последнем миллиметре каждой иглы. Именно благодаря им стрелы дикобраза так трудно вытащить.
Но не обошлось и без сюрпризов. Так, биологи выяснили, что благодаря выростам на колючках игла гораздо легче входит в ткани.
"Мы были удивлены, обнаружив, что зубцы выполняют двойную функцию, — говорит Карп. – Они не только удерживают иглы в ране, но и существенно облегчают их проникновение".
Похожий эффект обеспечивают зубцы на лезвии охотничьих ножей, которые также увеличивают проникающую способность.
Исследователи скопировали строение колючек дикобраза, изготовив несколько игл из полиуретана. Они также легко проникали в куски мяса и крепко удерживались внутри них. Чтобы удалить некоторые экземпляры, потребовалось приложить усилие в 30 раз большее, чем при извлечении оригинала.
Результаты исследования, опубликованные в журнале PNAS, могут быть использованы для разработки новых хирургических скоб, которые будут прочно удерживаться на краях раны, и безболезненных игл для инъекций. Карп и его коллеги уже изготовили прототип новой иглы, которая на 80% легче проникает в кожу и ткани.
Добавим, что ранее Джеффри Карп работал над созданием имплантата, которые выделяет клетки из кровотока, и разрабатывал нанотехнологическую защиту от аллергии на никель.
Также по теме:
Учёные предлагают использовать для безболезненных уколов лазер
Новый шприц без иглы вводит лекарства под давлением
Американцы создали шёлковые микроиглы для безболезненной доставки лекарств
