Gekoní tlapky pomáhají léčit

Gekoni fascinují vědce odjakživa. Dokážou lozit po hladkých a svislých stěnách, dokonce i na stropě drží jako přilepení. Jak to dělají? Tajemství odhalili v roce 2000 experti z Kalifornské univerzity.

Už dříve se vědělo, že tito ještěři využívají zvláštní přilnavé polštářky. Ale až před osmi lety se na ně odborníci podívali podrobněji. Zjistili, že gekoni mají každé chodidlo porostlé půlmilionem chloupků tenčích než lidský vlas. Aby toho nebylo málo, z každého chloupku vystupují stovky ještě drobnějších výstupků. A právě ony umožňují gekonům přilnout takřka k jakékoliv podložce a doslova se k ní přilepit. Vědci z celého světa se snaží tento princip okopírovat a pomocí nanotechnologií vyrobit podobný materiál.

Například experti z Polytechnické univerzity v Turíně pracují na vývoji speciálních rukavic a bot, které člověku umožní šplhat po stěnách jako Spidermanovi. Zní to bláznivě, ale třeba pro očistu a údržbu vnějších stěn prosklených kancelářských budov, ze kterých se dnes musí slaňovat horolezci s kbelíkem vody, by se jistě hodily.

Americká armáda pro změnu dotuje projekt Stanfordovy univerzity, která vyvíjí "lepícího robota" Stickybota. Má se pohybovat po skle jako gekon. První výsledky ale nejsou příliš optimistické. Ukazuje se, že vedle čtyř končetin hraje v pohybu ještěra důležitou roli také ocas - jeho rychlým mácháním si pomáhá, když přece jen na okamžik ztratí stabilitu. Napodobit tyto instinktivní pohyby u robota bude pro vývojáře ještě větší oříšek než "okopírování" povrchu jeho končetin.

Na vředy i tlusté střevo

Přesto má samotný princip gekoních tlapek něco do sebe. Umožnil vědcům vyvinout superpřilnavý materiál, který může najít využití v medicíně. Vědci z Technologického institutu v Massachusetts (MIT) ve spolupráci s Harvardovou lékařskou školou nedávno představili materiál, který se může uplatnit při operacích místo svorek a jehly s nití.

"Po dokonale přilnavém materiálu je v medicíně velká poptávka," uvedl jeden z vedoucích výzkumného týmu Jeff Karp v tiskovém prohlášení MIT. "S jeho pomocí můžeme například zacelit ránu po vyříznutém vředu nebo zalepit tlusté střevo, pokud se musela jeho část chirurgicky odstranit kvůli rakovině," říká Karp. Vedle operací může bandáž pomoci i při léčbě řezných ran a podobných povrchových zranění.

Pro použití v medicíně musí materiál splňovat přísná kritéria. Především je zapotřebí, aby byl biokompatibilní - tedy aby ho lidské tělo přijalo a nevyvolalo zánět způsobený imunitní reakcí organismu. To bandáž, kterou vyvinuli v MIT, splňuje. Navíc je biologicky rozložitelná. To znamená, že se po čase sama vstřebá, aniž by v těle zanechala nežádoucí látky.

Za tímto účelem vyvinuli Karp s kolegy speciální "biogumu", z níž je elastická bandáž vyrobena. Na jejím povrchu vytvořili potřebné nerovnosti s využitím stejné technologie, která se používá k sestavování počítačových čipů.

Vyzkoušeli různou velikost a umístění jednotlivých výběžků. Testováním bandáže na tkáni ze zažívacího traktu prasat ověřili, které výběžky nejlépe zapadají do prohlubní tkáně, k níž mají přilnout.

V další fázi vědci otestovali novou bandáž na živých potkanech. Při nich se potvrdilo, že bandáž funguje a nevyvolává zánětlivou reakci. Výsledky úspěšných testů zveřejnil odborný časopis Proceedings of the National Academy of Sciences.

Nejen do sucha

Kromě toho museli vědci během vývoje bandáže použitelné v lidském těle překonat velkou překážku: gekonův trik s tlapkami totiž funguje jen za sucha. Už vloni v červenci ale informoval časopis Nature o zásadním průlomu. Expertům ze Severozápadní univerzity v Illinois se podařilo vyvinout speciální materiál, který kombinuje princip mikroskopických výběžků na nohou gekona s uměním dalších živočichů - mořských měkkýšů slávek.

Experti z Illinois si totiž povšimli toho, že slávky se i v mokru udrží na svislých skalách a odolávají neustálým atakům mořského příboje. Zjistili, že jim v tom pomáhá speciální bílkovinný gel. Pokryli proto svůj materiál s výběžky tenkou vrstvičkou tohoto gelu a univerzální supermateriál zvaný Geckel byl na světě...

Jeho hlavní výhodou je nejen to, že funguje i ve vlhku, ale také možnost použít ho opakovaně. Přilnavost většiny dosavadních podobných nanomateriálů totiž skvěle fungovala při prvním použití, ale při dalších pokusech se účinnost výrazně snižovala. Geckel byl proto vystaven zatěžkávací zkoušce: po více než tisíci opakovaných přilepeních ztratil z původní přilnavosti za sucha pouhá dvě procenta, ve vlhkém prostředí patnáct procent - ale i to je ve srovnání s ostatními materiály solidní výsledek.

Drží a nepustí

Výzkumníci z MIT použili podobný princip - také oni svoji bandáž pokryli tenkou vrstvou "lepidla". Místo bílkovinné směsi extrahované ze škeblí ale dali přednost umělé emulzi na cukrovém základě. Právě tato na první pohled zanedbatelná vrstvička podle Jeffa Karpa způsobí, že bandáž už nikdy nikdo nesundá.

"Nesnažíme se napodobovat gekona. Ten sice pevně drží na podložce, ale když chce, může zvednout nohy a jít dál. My jsme se jím inspirovali jen k posílení celkového adhezivního efektu. Náš materiál je určen k jednorázovému přilnutí, nikoliv k opakovanému použití," vysvětluje Karp.

Nelze proto porovnat, kdo přišel s lepším materiálem, zda experti z Illinois, nebo jejich kolegové z MIT. Zaměřili se totiž na jiné vlastnosti a požadavky a v jejich rámci oba týmy excelují.

Karp připomíná, že jedním z přínosů jeho bandáže je i možnost napustit ji před použitím nějakým lékem, který se uvolní do krevního oběhu, až když se samotná bandáž přirozenou cestou rozloží.

"Je to krásný příklad toho, jak si můžeme hrát s nanotechnologiemi a vyrábět s jejich pomocí nové skupiny přilnavých materiálů," dodává Karp.

Zároveň ale připomíná, že ještě potrvá, než se nový materiál objeví na operačních sálech. To, že něco funguje v laboratoři, ještě nutně neznamená, že to bude stejně dobře fungovat i v praxi. Podobně jako s každou novinkou v oblasti medicíny musejí po pokusech na zvířatech následovat několikaleté klinické zkoušky. A v neposlední řadě musejí autoři bandáže přijít na způsob, jak ji vyrábět ve větším měřítku a za dostupnou cenu.