Анатомия пчелиного жала как основа для миниатюрных медицинских устройств
Новое исследование, деконструирующее анатомию жала медоносной пчелы, может способствовать созданию нового поколения миниатюрных медицинских устройств для доставки лекарств в организме человека.
Исследование, опубликованное в журнале iScience, было проведено учёными из Университета Нового Южного Уэльса в Канберре. Они создали высокодетализированные 3D-реконструкции, раскрывающие уникальные свойства этого мощного защитного механизма. В частности, изображения показывают многочисленные зазубрины, благодаря которым жало способно углубляться в кожу и одновременно нагнетать яд после укуса.
По словам ведущего исследователя, адъюнкт-профессора Шридхара Рави, автономный механизм доставки пчелиного жала обладает рядом характеристик, полезных для разработки малоинвазивных устройств микро-масштаба.
«Мы никогда раньше не создавали изображений с таким уровнем детализации, и они дали нам огромное количество новой информации о функциях пчелиного жала. Благодаря этим более чётким и точным изображениям мы обнаружили потенциальные возможности в области медицинского микро-сверления, микро-насосов и более целенаправленной доставки лекарств».
А/проф. Рави также отметил возможность разработки улучшенных методов «якорения», которые позволят медицинским устройствам или пластырям удерживаться на коже без химических клеев, способных вызывать раздражение или быть неэффективными на влажных поверхностях, например, внутри тела.
«Предыдущие исследования показали, что пчелиное жало очень эффективно прокалывает кожу с минимальным усилием, но его крайне сложно удалить после внедрения. Это действительно полезное свойство для медицинских устройств, которые необходимо очень точно вводить, не повреждая окружающие ткани».
На основе 3D-реконструкций исследовательская группа UNSW Canberra разработала прототипы устройств, имитирующих уникальные прокалывающие и нагнетающие действия пчелиного жала.
Другой ключевой исследователь проекта, доктор Фиорелла Рамирес Эскивель, пояснила:
«Жало пчелы должно, во-первых, прокалывать кожу, не изгибаясь, безопасно отделяться и координировать мышечные сокращения, которые генерируют ужаление. Это означает как углубление в ткань, так и быстрое и эффективное нагнетание яда».
Поскольку жало пчелы очень мало (его длина составляет всего около 2 мм), команде пришлось использовать комбинацию методов, чтобы наблюдать за ним и расшифровать принцип его работы.
«[3D-реконструкции] были фантастическими, потому что они позволили нам распечатать всё жало на 3D-принтере и увеличить его до такого масштаба, где мы можем перемещать все части, чтобы понять, как они работают вместе. Высокоскоростная съёмка жала в действии также была серьёзной задачей, но она сыграла ключевую роль в понимании его функционирования».
Д-р Рамирес Эскивель добавила, что понимание эволюции пчелиного жала — отличный пример того, как прогресс может быть достигнут путём изучения других видов животных и растений.
«Пчелиные жала — невероятно сложные структуры с многочисленными движущимися компонентами, которые к тому же невероятно эффективны в своей работе. Чем больше мы вникаем, тем больше находим удивительных тонкостей, связанных с тем, как оно выполняет свою задачу».
Исследователи полны энтузиазма относительно потенциала био-вдохновлённых конструкций в медицине.
«По мере того, как передовое производство делает шаги вперёд в том, что мы можем создать, натуральные материалы, такие как кутикула насекомых, будут становиться всё более и более актуальными для проектирования мягких роботов и микроустройств».