Krv je izuzetan materijal: mora da ostane tečna unutar krvnih sudova, ali da se zgruša što je brže moguće izvan njih, da bi zaustavila krvarenje. Hemijska kaskada koja ovo omogućava dobro je shvaćena za krv kičmenjaka. Ali hemolimfa, ekvivalent krvi kod insekata, ima veoma različit sastav, jer joj nedostaje crvenih krvnih zrnaca, hemoglobina i trombocita, i ima ćelije slične amebi koje se zovu hemociti umesto belih krvnih zrnaca za imunološku odbranu.
Kao i krv, hemolimfa se brzo zgrušava izvan tela. Kako to radi, dugo je ostala enigma. Sada su naučnici materijala pokazali u časopisu Granice u mekoj materiji kako ovim podvigom upravljaju gusenice moljca karolinske sfinge. Ovo otkriće ima potencijalnu primenu u humanoj medicini, rekli su autori.
„Ovde pokazujemo da ove gusenice, zvane duvanski rogasti crvi, mogu da zalepe rane za minut. Oni to rade u dva koraka: prvo, za nekoliko sekundi, njihova tanka, vodena hemolimfa postaje ‘viskoelastična’ ili sluzava, a hemolimfa koja kaplje povlači se nazad u ranu“, rekao je stariji autor dr Konstantin Kornev, profesor na Odseku za nauku o materijalima i inženjerstvo Univerziteta Klemson.
„Dalje, hemociti se agregiraju, počevši od površine rane i krećući se prema gore kako bi obuhvatili omotač hemolimfnog filma koji na kraju postaje kora koja zatvara ranu.
Potpuno odrasli duvanski crvi, spremni za pupiranje, dugi su između 7,5 cm i 10 cm. Oni sadrže samo malu količinu hemolimfe, koja se obično zgrušava u roku od nekoliko sekundi, što otežava proučavanje konvencionalnim metodama.
Iz ovih razloga, Kornev i kolege su morali da razviju nove tehnike za ovu studiju i da rade brzo. Uprkos tome, stopa neuspeha za najzahtevnije manipulacije bila je ogromna (do 95%), što je zahtevalo mnogo pokušaja.
Zauzdali su pojedinačne rogove u plastičnu čahuru i napravili blagu ranu na jednoj od pseudonoga svake gusenice kroz prozor na rukavu. Zatim su metalnom kuglom dodirnuli hemolimfu koja je kapala, koja je izvučena, stvarajući hemolimfni ‘most’ (oko dva milimetra dugačak i stotine mikrometara širok) koji se kasnije suzio i lomio, stvarajući satelitske kapljice. Kornev i tim su snimili ove događaje kamerom sa velikom brzinom kadrova i makro objektivom, kako bi ih detaljno proučili.
Trenutna promena svojstava
Ova zapažanja sugerišu da se tokom prvih približno pet sekundi nakon što je počela da teče, hemolimfa ponašala slično kao voda: u tehničkom smislu, kao njutnova tečnost niskog viskoziteta. Ali u narednih 10 sekundi, hemolimfa je pretrpela značajnu promenu: sada se nije slomila trenutno, već je formirala dugačak most iza padajuće kapi. Obično je krvarenje potpuno prestalo nakon 60 do 90 sekundi, nakon što se na rani stvorila kora.
Kornev i kolege su dalje proučavali svojstva protoka hemolimfe tako što su 10 mikrometara dugačku nanošip nikla u kapljicu sveže hemolimfe. Kada je rotirajuće magnetno polje izazvalo okretanje nanoštapa, njegovo zaostajanje u odnosu na magnetizam dalo je procenu sposobnosti hemolimfe da zadrži štap nazad kroz viskozitet.
Zaključili su da se u roku od nekoliko sekundi nakon što napusti telo, hemolimfa gusenice prelazi iz niskoviskozne u viskoelastičnu tečnost.
„Dobar primer viskoelastične tečnosti je pljuvačka“, rekao je Kornev. „Kada razmažete kap između prstiju, ona se ponaša kao voda: naučnici za materijale će reći da je čisto viskozna. Ali zahvaljujući veoma velikim molekulima zvanim mucini u njoj, pljuvačka formira most kada razdvojite prste. Stoga je ispravno zove se viskoelastična: viskozna kada je strižete i elastična kada je istegnete.“
Naučnici su dalje koristili optički fazni kontrast i polarizovanu mikroskopiju, rendgensko snimanje i modeliranje nauke o materijalima da bi proučavali ćelijske procese pomoću kojih se hemociti agregiraju da bi formirali koru preko rane. To su uradili ne samo kod moljca karolinske sfinge i njihovih gusenica, već i kod 18 drugih vrsta insekata.
Rezultati su pokazali da hemolimfa svih proučavanih vrsta reaguje slično na smicanje. Ali njegova reakcija na istezanje se drastično razlikovala između hemolimfe bogate hemocitima gusenica i bubašvaba s jedne strane i hemolimfe siromašne hemocitima odraslih leptira i moljaca s druge: kapljice su se ispružile da formiraju mostove za prva dva, ali odmah razbio za ovo drugo.
„Čini se da pretvaranje hemolimfe u viskoelastičnu tečnost pomaže gusenicama i bubašvabama da zaustave bilo kakvo krvarenje, povlačeći kapljice koje kapaju nazad u ranu za nekoliko sekundi“, rekao je Kornev.
„Zaključujemo da njihova hemolimfa ima izvanrednu sposobnost da momentalno promeni svojstva materijala. Za razliku od insekata i pauka koji proizvode svilu, koji imaju poseban organ za stvaranje vlakana, ovi insekti mogu napraviti hemolimfne filamente na bilo kojoj lokaciji nakon ranjavanja.“
Naučnici su zaključili da hemociti igraju ključnu ulogu u svim ovim procesima. Ali zašto je gusenicama i bubašvabama potrebno više hemocita nego odraslim leptirima i moljcima još uvek nije poznato.
„Naša otkrića otvaraju vrata za dizajniranje brzo delujućih zgušnjivača ljudske krvi. Ne moramo nužno da kopiramo tačnu biohemiju, ali treba da se fokusiramo na dizajniranje lekova koji bi mogli da pretvore krv u viskoelastičan materijal koji zaustavlja krvarenje. Nadamo se da će naša otkrića pomoći da se ovaj zadatak ostvari u bliskoj budućnosti“, rekao je Kornev.
