Το αίμα είναι ένα αξιοσημείωτο υγρό: πρέπει να παραμένει ρευστό μέσα στα αιμοφόρα αγγεία, αλλά να πήζει όσο το δυνατόν γρηγορότερα έξω από αυτά, για να σταματήσει η αιμορραγία.

Ο «χημικός καταρράκτης» που το καθιστά αυτό δυνατό είναι καλά κατανοητός για το αίμα των σπονδυλωτών. Όμως η αιμόλεμφος, το ισοδύναμο του αίματος στα έντομα, έχει πολύ διαφορετική σύνθεση, καθώς στερείται κυρίως ερυθρών αιμοσφαιρίων, αιμοσφαιρίνης και αιμοπεταλίων και έχει κύτταρα που μοιάζουν με αμοιβάδες και ονομάζονται αιμοκύτταρα αντί για λευκά αιμοσφαίρια για την άμυνα του ανοσοποιητικού συστήματος.

Όπως και το αίμα, η αιμόλεμφος πήζει γρήγορα εκτός του σώματος. Το πώς το κάνει αυτό παραμένει εδώ και καιρό ένα αίνιγμα. Τώρα, οι επιστήμονες έδειξαν στο Frontiers in Soft Matter πώς διαχειρίζονται αυτό το κατόρθωμα οι κάμπιες του σκώρου της σφίγγας της Καρολίνας. Η ανακάλυψη αυτή έχει πιθανές εφαρμογές για την ανθρώπινη ιατρική, δήλωσαν οι συγγραφείς.

«Αποκαλύψαμε ότι οι κάμπιες, που ονομάζονται καπνόσποροι, μπορούν να σφραγίσουν τις πληγές τους μέσα σε ένα λεπτό. Το κάνουν αυτό σε δύο στάδια: πρώτα, σε λίγα δευτερόλεπτα, η λεπτή, υδάτινη αιμολέμφος τους γίνεται 'ιξωδοελαστική' ή γλοιώδης και η αιμολέμφος που στάζει ανασύρεται πίσω στην πληγή», δήλωσε ο επικεφαλής συγγραφέας Dr. Konstantin Kornev, καθηγητής στο Τμήμα Επιστήμης και Μηχανικής Υλικών του Πανεπιστημίου Clemson.

«Στη συνέχεια, τα αιμοκύτταρα συσσωρεύονται, ξεκινώντας από την επιφάνεια του τραύματος και ανεβαίνοντας προς τα πάνω αγκαλιάζουν το φιλμ επικάλυψης της αιμόλυμφης που τελικά γίνεται κρούστα που σφραγίζει το τραύμα».

Προκλητική μελέτη

Τα πλήρως ανεπτυγμένα σκουλήκια καπνού, έχουν μήκος μεταξύ 7,5 και 10 εκατοστών. Περιέχουν μόνο μια ελάχιστη ποσότητα αιμολέμφου, η οποία συνήθως πήζει μέσα σε δευτερόλεπτα, γεγονός που καθιστά δύσκολη τη μελέτη τους με συμβατικές μεθόδους.

Για τους λόγους αυτούς, ο Kornev και οι συνεργάτες του έπρεπε να αναπτύξουν νέες τεχνικές για την παρούσα μελέτη και να εργαστούν γρήγορα. Ακόμη και έτσι, το ποσοστό αποτυχίας για τους πιο δύσκολους χειρισμούς ήταν τεράστιο (έως και 95%), απαιτώντας πολλές προσπάθειες.

Συγκράτησαν μεμονωμένες ορνιθοσκώληκες σε ένα πλαστικό μανίκι και έκαναν μια μικρή πληγή σε ένα από τα ψευδοπόδαρα κάθε κάμπιας μέσω ενός παραθύρου στο μανίκι. Στη συνέχεια άγγιξαν την αιμολέμφο που έσταζε με μια μεταλλική σφαίρα, η οποία τραβήχτηκε μακριά, δημιουργώντας μια «γέφυρα» αιμολέμφου (μήκους περίπου δύο χιλιοστών και πλάτους εκατοντάδων μικρομέτρων), η οποία στη συνέχεια στένεψε και έσπασε, παράγοντας δορυφορικά σταγονίδια. Ο Kornev και οι συνεργάτες του κινηματογράφησαν αυτά τα γεγονότα με μια κάμερα υψηλής συχνότητας καρέ και φακό macro, για να τα μελετήσουν λεπτομερώς.

Στιγμιαία αλλαγή των ιδιοτήτων

Οι παρατηρήσεις αυτές υποδηλώνουν ότι κατά τα πρώτα περίπου πέντε δευτερόλεπτα μετά την έναρξη της ροής, η αιμόλεμφος συμπεριφερόταν παρόμοια με το νερό: με τεχνικούς όρους, σαν ένα Νευτώνειο υγρό χαμηλού ιξώδους. Όμως μέσα στα επόμενα 10 δευτερόλεπτα, η αιμόλεμφος υπέστη μια αξιοσημείωτη αλλαγή: δεν έσπαγε ακαριαία, αλλά σχημάτιζε μια μακριά γέφυρα πίσω από την πτώση της σταγόνας. Τυπικά, η αιμορραγία σταμάτησε εντελώς μετά από 60 έως 90 δευτερόλεπτα, αφού σχηματίστηκε μια κρούστα πάνω από την πληγή.

Οι Kornev και το επιτελείο του μελέτησαν περαιτέρω τις ιδιότητες ροής της αιμολέμφου τοποθετώντας ένα νανοράβδο νικελίου μήκους 10 μικρομέτρων σε μια σταγόνα φρέσκιας αιμολέμφου. Όταν ένα περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο προκαλούσε την περιστροφή του νανοράβδου, η υστέρησή του σε σχέση με τον μαγνητισμό έδινε μια εκτίμηση της ικανότητας της αιμόλυμφης να συγκρατεί τη ράβδο μέσω του ιξώδους.

Κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι μέσα σε λίγα δευτερόλεπτα μετά την έξοδο από το σώμα, η αιμολέμφος της κάμπιας μεταβάλλεται από ένα χαμηλής ιξώδους σε ένα ιξωδοελαστικό υγρό.

Η κρούστα από τα αιμοκύτταρα

«Ένα καλό παράδειγμα ιξωδοελαστικού υγρού είναι το σάλιο», δήλωσε ο Kornev. «Όταν αλείφετε μια σταγόνα ανάμεσα στα δάχτυλά σας, συμπεριφέρεται όπως το νερό: οι επιστήμονες υλικών θα πουν ότι είναι καθαρά ιξώδες. Αλλά χάρη στα πολύ μεγάλα μόρια που ονομάζονται βλεννίνες που περιέχει, το σάλιο σχηματίζει μια γέφυρα όταν απομακρύνετε τα δάχτυλά σας. Επομένως, σωστά ονομάζεται ιξωδοελαστικό: ιξώδες όταν το διατμήσετε και ελαστικό όταν το τεντώσετε».

Οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν περαιτέρω οπτική μικροσκοπία αντίθεσης φάσης και πολωμένου μικροσκοπίου, απεικόνιση με ακτίνες Χ και μοντελοποίηση της επιστήμης των υλικών για να μελετήσουν τις κυτταρικές διεργασίες με τις οποίες τα αιμοκύτταρα συσσωρεύονται για να σχηματίσουν μια κρούστα πάνω από μια πληγή. Αυτό το έκαναν όχι μόνο σε σφίγγες της Καρολίνας και στις κάμπιες τους, αλλά και σε 18 άλλα είδη εντόμων.

Τα αιμοκύτταρα είναι το κλειδί

Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η αιμολέμφος όλων των ειδών που μελετήθηκαν αντιδρούσε παρόμοια στη διάτμηση. Όμως η αντίδρασή της στο τέντωμα διέφερε δραστικά μεταξύ της πλούσιας σε αιμοκύτταρα αιμολέμφου στις κάμπιες και των κατσαρίδων από τη μία πλευρά και της φτωχής σε αιμοκύτταρα αιμολέμφου των ενήλικων πεταλούδων και των σκώρων από την άλλη: τα σταγονίδια τεντώθηκαν για να σχηματίσουν γέφυρες για τις δύο πρώτες, αλλά έσπασαν αμέσως για τις τελευταίες.

«Η μετατροπή της αιμολέμφου σε ιξωδοελαστικό υγρό φαίνεται ότι βοηθά τις κάμπιες και τις κατσαρίδες να σταματήσουν οποιαδήποτε αιμορραγία, ανασύροντας τα σταγονίδια που στάζουν πίσω στην πληγή μέσα σε λίγα δευτερόλεπτα», δήλωσε ο Kornev. «Συμπεραίνουμε ότι η αιμολέμφος τους έχει μια εξαιρετική ικανότητα να αλλάζει ακαριαία τις υλικές της ιδιότητες. Σε αντίθεση με τα έντομα που παράγουν μετάξι και τις αράχνες, τα οποία διαθέτουν ένα ειδικό όργανο για την κατασκευή ινών, αυτά τα έντομα μπορούν να κατασκευάσουν νήματα αιμολέμφου σε οποιαδήποτε θέση μετά από τραύμα».

Οι επιστήμονες κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι τα αιμοκύτταρα διαδραματίζουν βασικό ρόλο σε όλες αυτές τις διαδικασίες. Αλλά γιατί οι κάμπιες και οι κατσαρίδες χρειάζονται περισσότερα αιμοκύτταρα από τις ενήλικες πεταλούδες και τους σκόρους είναι ακόμη άγνωστο.

«Οι ανακαλύψεις μας ανοίγουν την πόρτα για τον σχεδιασμό παχυντών του ανθρώπινου αίματος που λειτουργούν γρήγορα. Δεν χρειάζεται απαραίτητα να αντιγράψουμε την ακριβή βιοχημεία, αλλά θα πρέπει να επικεντρωθούμε στο σχεδιασμό φαρμάκων που θα μπορούσαν να μετατρέψουν το αίμα σε ένα ιξωδοελαστικό υλικό που σταματά την αιμορραγία. Ελπίζουμε ότι τα ευρήματά μας θα βοηθήσουν στην επίτευξη αυτού του στόχου στο εγγύς μέλλον», δήλωσε ο Kornev.