Weefsellijmen zijn een minder invasieve methode dan hechtingen en nietjes om wonden te dichten en bloedingen te stelpen. Sinds kort treden complexe coacervaten –een mengsel van positief en negatief geladen polymeren in een waterige oplossing – naar voren als veelbelovende kandidaat voor weefsellijmen aangezien ze makkelijk hechten aan natte oppervlakken. Maar ook voor deze materialen geldt dat ze moeilijk blijven plakken aan onderliggende zachte weefsels wanneer deze vervormen.  

Nu hebben onderzoekers van de Rijksuniversiteit Groningen een complexe coacervaatlijm ontworpen, bestaande uit poly(allylamine hydrochloride) (pAH) en polysulfopropyl methacrylaat (pSPMA), die robuuster blijkt te zijn tegen biologische weefselvervormingen. Door het weefsel te precoaten met pAH vormt de lijm een polymeerrijke overbruggende laag in contact met het weefsel. Chemicus Marleen Kamperman van de Rijksuniversiteit Groningen die het onderzoek leidde, legt uit: ‘We hebben een plakkerige gel gemaakt die bij elkaar wordt gehouden door elektrostatische interacties. Het mooie van dit materiaal is dat de bindingssterkte heel goed te veranderen is door met de zoutconcentratie te spelen. Bij een hoog zoutgehalte ontstaat een vloeibaar materiaal dat gemakkelijk te injecteren of aan te brengen is en dat vervolgens uithardt als de zoutconcentratie weer verlaagt.’ 

Zout-switch 

Complexe coacervaten hebben een lage oppervlaktespanning met water, wat ze een goed hechtmiddel maakt onder natte omstandigheden. Daarnaast zijn ze door hun aanpasbare mechanische eigenschappen inzetbaar op verschillende weefsels en materialen waaronder huid, bot en synthetische implantaten. ‘Als je de coacervaatlijm in een vochtige omgeving brengt, ondergaat het materiaal een zogeheten zout-switch’, legt eerste auteur en bioloog Ayla Kwant uit. ‘Hierbij diffundeert het zout de lijm uit en het onderliggende weefsel in, waardoor de lijm uithardt.’  

Weefsellijmen hebben een flinke adhesie nodig om te kunnen blijven plakken aan voortdurend bewegende weefsels, zoals het hart, de longen en de spieren. ‘We werken al een tijdje aan coacervaatlijmen en kennen de randvoorwaarden om sterke adhesie te creëren goed’, zegt Kamperman. ‘Daarom begonnen we aan dit onderzoek met een lijstje gewenste eigenschappen, en gingen hier de geschikte polymeren bij zoeken.’ 

Al vrij vroeg in het onderzoek ontdekte Kwant dat pAH en pSPMA samen een coacervaatlijm vormden die goed plakte. ‘Vervolgens stuitten we op een eerdere publicatie waaruit bleek dat overbruggende polymeren via zelfassociatie van elektrostatische interacties de adhesie tussen hydrogels en weefsels verbeterden’, zegt Kwant. ‘Toen wilden we testen of dit ook voor onze coacervaatlijm zou gelden.’ 

Donkere kamers

Om dit uit te pluizen bepaalde Kwant eerst de adhesiekracht van de coacervaatlijm zelf door deze uit elkaar te trekken met een rheometer. Daarna plakte ze hydrogel- of weefselsubstraten aan elkaar met de coacervaatlijm en trok deze verticaal uit elkaar met een tensile tester, een instrument dat de treksterkte meet. ‘Door een deel van deze substraten te precoaten met de pAH-polymeren kon ik de adhesiekracht vergelijken tussen substraten met en zonder overbruggende polymeren’, zegt Kwant. ‘Uit de resultaten bleek duidelijk dat degene die wel geprecoat waren beter plakten.’   

Vervolgens wilde Kwant de penetratiediepte van de overbruggende polymeren in de hydrogels en weefsels zichtbaar maken, wat gelijk een van de grootste uitdagingen van het onderzoek vormde. ‘Om de diepte te kunnen bekijken testte ik verschillende microscopen uit en moest ik lang naar de juiste instellingen zoeken’, legt Kwant uit. ‘Ik heb lang in donkere kamers gezeten om dat voor elkaar te krijgen.’  

Afbraak

Als volgende stap wil Kamperman een specifieke toepassing uitkiezen voor de coacervaatlijm om deze doelgericht te optimaliseren. ‘We hebben goede samenwerkingen met het Universitair Medisch Centrum Groningen, wat al een stap is richting een concrete toepassing’, zegt Kamperman. ‘Maar voor we de lijm breed kunnen inzetten, zijn nog een hoop klinische testen uit te voeren. Dit is onderzoek van de lange adem.’   

Zo willen de onderzoekers testen hoe de coacervaatlijm zich in een lichaam gedraagt en hoe snel ze afbreekt. Kwant stort zich momenteel op het biologisch gerelateerde werk: ‘Ik doe nu veel in vitro proeven met de lijm op verschillende cellijnen. Stapje voor stapje willen we zo naar een realistischer model toewerken waarin we de lijm kunnen testen.’ 

Ayla Kwant, et al., Improving complex coacervate tissue adhesive performance using bridging polymer chains, Biomacromolecules (2025), doi:10.1021/acs.biomac.4c01801