Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Bioengineering
Click here for the English version

Bioengineering

TAPE: En biologisk nedbrytbart Hemostatic Lim Inspirert av en allestedsnærværende forbindelse i Anlegg for Kirurgisk Application

Published: June 8, 2016 doi: 10.3791/53930
Automatic Translation
1, 1,2, 2,3
1The Graduate School of Nanoscience and Technology, Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST), 2Department of Chemistry, Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST), 3Center for Systems Biology, Massachusetts General Hospital/Harvard Medical School

Summary

Vi beskriver den enkleste protokollen for å fremstille biologisk nedbrytbare medisinsk lim som har en effektiv hemostatisk evne. TAPE er et vann-ublandbart supra aggregat fremstilt ved blanding av garvesyre, et allestedsnærværende stoff som finnes i planter, og poly (etylen) glykol, hvilket gav en 2,5 ganger større vannavstøtende adhesjon sammenlignet med kommersielt fibrinlim.

Abstract

Denne videoen beskriver den enkleste protokollen for å forberede nedbrytbart kirurgisk lim som har en effektiv hemostatisk evne og større vannbestandig klebestyrke enn kommersielle vev lim. Medisinsk lim har tiltrukket seg stor oppmerksomhet som potensielle alternative verktøy til suturer og stifter på grunn av deres bekvemmelighet i bruk med minimal invasivitet. Selv om det er flere protokoller for utvikling av vev-klebemidler, inkludert de som er kommersielt tilgjengelig, slik som fibrin-lim og cyanoakrylat-baserte materialer, for det meste de krever en rekke kjemiske synteser av organiske molekyler, eller kompliserte protein-rensemetoder, i tilfelle av bio-drevet materialer (dvs. fibrinlim). Også utviklingen av kirurgiske klebemidler som oppviser høy-klebende egenskaper under opprettholdelse av biologisk nedbrytbarhet er fortsatt en utfordring på grunn av vanskeligheter med å oppnå god ytelse i de våte omgivelser av kroppen. Vi viser en ny metode for å fremstille enmedisinsk lim, kjent som TAPE, ved vektbasert separasjon av et vann-ublandbart supra aggregat dannet etter en fysisk blanding av en plante-avledet, våt-motstandsdyktig lim molekyl, T Annic A cid (TA), og en velkjent biopolymer, poly (etylen) glykol (PEG). Med vår tilnærming, viser TAPE høy vedheft styrke, noe som er 2,5 ganger mer enn kommersielle fibrin limet i nærvær av vann. Videre er TAPE biologisk nedbrytbart i fysiologiske betingelser, og kan brukes som en potent hemostatisk lim mot vev blødning. Vi forventer at utbredt bruk av TAPE i en rekke medisinske innstillinger og levering av legemidler programmer, slik som polymerer for muco-adhesjon, narkotikadepoter, og andre.

Introduction

I et siste tiåret, har det vært gjort for å erstatte dagens kirurgiske suturer og stifter å lukke sårene med nedbrytbare / bio-absorberbare lim på grunn av deres bekvemmelighet i bruk og invasivitet lav vev under kirurgiske behandlinger. Kommersielt tilgjengelige vev-adhesiver er klassifisert i fire typer: (1) cyanoakrylat derivater 1, (2) fibrinlim dannet ved enzymatisk omdannelse av fibrinogen til fibrin ved hjelp av trombin 2,3 polymerer, (3) protein-baserte materialer, slik som kjemisk eller fysisk tverrbundet albumin og / eller gelatin 4,5, og (4) syntetisk polymer-baserte seg 6. Selv om de har vært brukt i mange kliniske anvendelser, alle klebemidler har sine egne iboende ulemper og mangler som kan være hindre for deres utstrakte bruk. Cyanoakrylat-basert lim viser høy heftfasthet til vev, men deres toksiske biprodukter slik som cyanoacetat og formaldehyd dannet under degradering, ofte føre til at signereificant grader av betennelsesreaksjoner 7. Fibrin-lim og albumin eller gelatin-baserte materialer har sikkerhetsaspekter som gjelder overføring av smittsomme komponenter, slik som viruser fra animalske kilder: humant blodplasma for fibrin-lim og dyr, inkludert storfe, kylling, gris og fisk for gelatinbasert lim 8. Selv om noen få syntetiske polymerbaserte limtyper har blitt godkjent av Federal Drug Administration (FDA), de fleste lim laget av syntetiske polymerer fortsetter å ha problemer med å minimere produksjonsprosesstrinn og oppnå biokompatibilitet 9. Viktigst, alle lim lider av dårlig mekanisk og heftfasthet til våte vev 10. Nylig har biomimetic vev lim inspirert av marine blåskjell 11-13, gekkoer 14, gekko med blåskjell 15, og endoparasitic ormer 16 blitt fremstår som lovende alternativer til dagens medisinske lim på grunn av deres fleksibel mekanisk ogklebende egenskaper med biokompatibilitet. Men den dag i dag, det er fortsatt problemer som skal løses før de blir kommersielle produkter 17.

Her rapporterer vi en helt ny type av medisinsk lim som kalles kassetter som er fremstilt ved intermolekylær hydrogenbinding mellom et plante-avledet klebe molekyl, Garvesyre (TA), og et bio-inert polymer Poly (etylenglykol) (PEG), som navnet indikerer. TA er en representativ hydrolyserbar tannin overalt finnes under sekundær metabolisme av planter. Det har tiltrukket seg mye oppmerksomhet på grunn av sin anti-oksidant, anti-mutagen, og anti-kreftfremkallende egenskaper, og er blitt vist å delta i supramolekylære interaksjoner med mange polymerer, så som poly (N -isopropylacrylamide) (PNIPAM) og poly (N - vinylpyrrolidon) (PVPON), for å danne lag-på-lag (LBL) filmer 18-20 og narkotika-frigjørende mikrokapsler 21-23. I denne studien, oppdager vi at TA kan fungere som en effektivvannbestandig lim funksjonell enhet for å danne en medisinsk lim, tape. Ved enkel blanding med TA, blir et ikke-fouling polymer PEG et supra lim med 2,5 ganger høyere limstyrke sammenlignet med kommersielle fibrin-lim, og denne adhesjonen ble opprettholdt gjennom opptil 20 sykluser med feste og løsgjøring, til og med i nærvær av vann . Dens hemostatiske egenskaper ble testet på en leverblødningsmodell in vivo, og viste god hemostatiske evne til å stoppe blødning i løpet av få sekunder. TAPE har sin vesentlig betydning i et beslektet område som den første plantebasert lim som kan avsløre ny innsikt i å løse ulempene med dagens problemer med bio-inspirerte tilnærminger. Vi forventer også at utbredt bruk av TAPE i en rekke medisinske og farmasøytiske applikasjoner som muco-lim, narkotika slippe patcher, sår-pleie dressinger, og andre på grunn av sin enkle fremstillingsmetode, skalerbarhet, fleksibel biologisk nedbrytning rate, samt svært våt-resistente klebemiddelion egenskaper.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Alle dyr omsorg og eksperimenter er utført i samsvar med etiske protokollen gitt av KAIST (Korea Advanced Institute of Science and Technology) IRB (Institutional Review Board).

1. TAPE Dannelse

  1. For fremstilling av en TA-løsning, plassere en 4 ml-størrelse hetteglass på en magnetrører, og tilsett 1 ml destillert vann med en rørestav. Tilsett 1 g av garvesyre i hetteglasset, og oppløse den i vann med forsiktig omrøring ved 200 rpm i mer enn 1 time. Når TA er fullstendig oppløst, blir blandingen gjennomsiktig med en brun farge.
  2. Fremstille en PEG-løsning ved å tilsette 1 g PEG pulver (4-armer, 10 kDa, og lineære, 4,6 kDa) til 1 ml destillert vann, etterfulgt av å blande dem ved å virvle i noen sekunder for å lage en hvit slurry. Holde dette slammet i inkubator ved 60 ° C i 10 min. inntil den hvite blir helt klart.
    MERK: Smeltepunktet av PEG med 10 kDa molekylvekt er rundt 55- 60 ° C, og 4 kDa en er 53 - 58 ° C. Smeltet PEG blir vann-blandbart, slik at en høy konsentrasjon av PEG i vann opp til 1 g / ml kan oppnås som en klar oppløsning. Når en klar oppløsning blir dannet PEG ved en høy temperatur, er oppløsningen fremdeles stabile ved værelsestemperatur etter avkjøling.
  3. Legg 329 ul av PEG (4-armer, 10 kDa) oppløsning fremstilt i trinn 1.2 til 671 ul av TA oppløsningen fremstilt i trinn 1.1 (i tilfelle av en lineær PEG med 4,6 kDa, tilsett 311 ul av en PEG-oppløsning til 689 ul av en oppløsning TA) i et mikro-sentrifugerør. Forsiktig blande de to viskøse og honning-lignende løsninger med en smal slikkepott til å blande dem homogent.
    FORSIKTIG: Begge løsninger er ganske tyktflytende, slik at forskeren må sakte men tilstrekkelig trekke opp og overføre løsninger med en mikropipette.
  4. Spinne blandingen fremstilt i trinn 1,3 ved 12 300 xg i 3 minutter i en sentrifuge utstyrt med en fast vinkelrotor.
  5. nøye remOve så mye av supernatanten som mulig ved hjelp av en mikropipette, og henter produktet, som har slått seg ned: Dette er fullt dannet TAPE. Etter TAPE formasjon, lagre den i kjøleskap (4-8 ° C) i opptil flere uker. MERK: TAPE kan steriliseres ved gammastråling eller elektronstråle behandling før bruk i kirurgiske applikasjoner.

2. Måling av Heftstyrke TAPE

  1. Fremstille to stykker av svinehud vev med en diameter på 6 mm ved å kutte med en biopsi slag etter fjerning av alt fettet på huden vev.
    MERK: svin hud vev ble innhentet fra sunt svin flanke hud og ble kjøpt fra en lokal kjøttmarkedet ligger i Daejeon i Sør-Korea.
  2. Anvende kommersielle cyanoakrylatlim til den ytre side av hvert vev, og feste vev til den metalliske stang.
    MERK: metallisk stang brukes som en ekstra håndtaket så vev enre ikke direkte gripes av maskinen. Følgelig kan den bli erstattet med andre materialer etter konfigurasjonen av strekkmaskinen.
  3. Påfør en dråpe TAPE (en dråpe av båndet er omtrent 3 - 6 mg) til den ene side av vevet. Deretter sprer TAPE jevnt ved hjelp av en annen vevet mellom de to vev på sine indre sider slik at de er bundet til, som vist i figur 2A.
  4. Deretter manuelt feste og løsne de to sidene av vev flere ganger for å homogent blande og maksimere grensesnittet mellom hver vev og TAPE.
  5. Med UTM, omhyggelig griper hver side av stangen. Adhesjonsstyrken vil bli bestemt av den kraft som er nødvendig for å løsne to vev festet med tape. Først gjelder en kraft på 20 N i 1 min. Deretter med maskinen, trekker hver stang i en motsatt retning med en hastighet på 1 mm / min. inntil vev er helt frittliggende.
    MERK: Data vil bli gitt som en kraft-avstand (FD) kurve oppdaget av bevegelseav hver stav.
  6. Beregn adhesjonsstyrken av TAPE ved å dividere den maksimale kraft (kN) vist ved kurven FD oppnådd i trinn 2.5 med prøvens overflateareal, det vil si 3,14 x (0.003 m) 2.
  7. For overvåkning av heftfasthet i nærvær av vann, tilsett 20 ul vann på det frittliggende område mellom to vev, og feste dem umiddelbart. Med denne maskinen utføre avløsning testen på nytt.

3. In Vitro Nedbrytning Test

  1. Skjær et lokk (d = 8 mm) av mikro-sentrifugerør, og veie lokket til å definere det som W c.
  2. Fyll cap med 150 mg TAPE, og veie alle sammen igjen for å sette det som en total vekt W 0.
    FORSIKTIG: Ikke overbelaste TAPE i hatten. Høyden på TAPE bør være lavere enn toppen av hetten, som det kan være en fysisk barriere for en strøm av PBS-buffer som genereres av røreprosessen under inkuberingen i trinn 3,4.
    3. 2), og tilsett 50 ml PBS-buffer (1 x, pH 7,4) til cellekulturflaske, slik at båndet i hetten er helt nedsenket i PBS-buffer, så vist i figur 3A (n = 5).
  3. Inkuber cellekulturflaske fremstilt i trinn 3,3 i en orbital risteinkubator ved 37 ° C, i likhet med fysiologiske betingelser, under forsiktig omrøring (50 rpm).
    FORSIKTIG: Hold røre tilstand ved 50 rpm. Høyere turtall kan føre til en kollaps av TAPE.
  4. Ved hvert tidspunkt, tar hetten med TAPE fra cellekulturflaske, og deretter tørke dem ved å blåse nitrogengass. Vei hetten inneholder rester TAPE. Sett vekten på hvert tidspunkt til W t. Sett på fersk PBS igjen, og rist den igjen etter måling W t på hvert tidspunkt.
  5. Beregn den relative resterende vekt (%) følgende ligning.
    Relativ gjenværende vekt (%) = (W t c) / (W 0 - W c) x 100%

4. Hemostatic Evne til TAPE

MERK: Alle dyreforsøk bør utføres i samsvar med de retningslinjer og etisk protokoll som tilbys av den koreanske departementet for helse og velferd.

  1. For å evaluere in vivo hemostatisk evne, gjennom blødninger muselever modell som beskrevet i ref 24.
  2. Bedøve femten mus (ICR normal mus, 6 uker, 30 - 35 g, hann) med en intraperitoneal injeksjon av tiletamin-zolazepam (33,333 mg / kg) og xylazin (7,773 mg / kg) (n = 5 pr gruppe). For å bekrefte riktig bedøvelsen, klemme dyrets pote forsiktig og observere bevegelser som tilbaketrekking av pote, etc. Ingen bevegelse indikerer at dyret er bedøvet tilstrekkelig til å gjøre operasjonen.
  3. For å hindre tørrhet i dyrets øyne, gjelder veterinær salve øynene tilstrekkelig mens under enesthesia. Expose leveren via en midtlinjen abdominal snitt, og stikk leveren med en 18 G nål for å indusere blødning.
  4. Fjern flyter blod med steril kompress, og sette 100 ul TAPE eller fibrin lim (positiv kontroll) umiddelbart på blødningen.
    MERK: Ingen ytterligere suturering er nødvendig etter påføring TAPE på grunn av sin svært blodbestandig klebeegenskaper på såret vev. For den negative kontrollen, forekommer ingen behandling på stedet av blødning.
  5. I hvert tilfelle, setter et filterpapir med kjent masse under leveren for å samle opp blod fra skadestedet. Erstatt papiret med en ny en hvert 30 sek for 4 ganger (ie., 2 min).
  6. Måle massen av absorbert blod på hver filterpapir oppsamlet hvert 30 sek. Etter dyreforsøk, ofre musene gjennom CO 2 kvelning dødshjelp.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

TAPE er en supra aggregat som slår seg ned etter sentrifugering av blandingen av to vandige oppløsninger inneholdende TA (1 g / ml i destillert vann) og PEG (1 g / ml i destillert vann) med 2: 1 volumforhold (figur 1A). Blandingsforholdet er den avgjørende faktoren for å oppnå høy vedheft styrke; når TAPE er dannet av en 2: 1-blandingsforhold, 20 enheter av hydroksylgruppe (-OH) i 25 enheter TA kontakt med hverandre etergruppe (-O-) i PEG, noe som resulterer i høyeste formasjons den intermolekylære hydrogenbinding med maksimal vedheft egenskaper. De resterende fem enheter av -OH ser ut til å bli konsumert av den intramolekylære hydrogenbinding med tilstøtende karbonylgruppe (C = O) i TA (figur 1B). Når enten en av komponentene var i overkant av 2: 1 volumforhold, adhesjonsstyrken er særlig redusert 25. Hydrogenbinding vil også være det kritiske molekylære nivå interaksjon med vev. kontrollereden inter- og intra-molekylær hydrogenbinding mellom TA og PEG for samhold, og mellom TA og vev for heft kan være en plausibel mekanisme TAPE som en effektiv kirurgisk lim.

For å måle adhesjonsstyrken, ble TAPE først påført mellom hver epidermiske side av to svineskinn med en diameter på 6 mm. Deretter ble det gripes på en strekkmaskin via stenger festet utenfor hver svinehud, som vist i figur 2A. Den kraft som er nødvendig for å løsne to svineskinn ble målt ved hjelp av maskinen i fravær (figur 2B) og nærvær av vann (figur 2C) etter hver 5 sykluser med gjentatt festing og løsgjøring, opp til 20 sykluser. Adhesjonen styrke i tørr tilstand var ca 200 kPa ved den første måling, og til og med øket til ca. 250 kPa etter 20 sykluser. I nærvær av vann tilsatt til hver syklus, adhesjon var ca 90 kPa, noe som deretterredusert til 50 kPa etter 20 sykluser. Adhesjonen styrke i våt tilstand var lavere enn i tørr tilstand, men det var fortsatt sammenlignbar med de kommersielle klebemiddel, fibrin-lim, som var omtrent 70 kPa målt ved hjelp av en innstilling identisk med våre i fravær av vann 25.

Nedbrytbarhet TAPE ble undersøkt ved gravimetrisk analyse in vitro (figur 3). TAPE ble nedsenket i 1 x PBS (pH 7,4) ved 37 ° C med forsiktig omrøring, deretter massen gjenværende hver gang ble målt opp til 21 dager. Bilder fra den gjenværende TAPE hver gang er også vist i figur 3B. Den TAPE fremstilt ved å blande TA og PEG med et 1: 1 forhold var fullstendig nedbrutt etter 13 dager, og 42% av TAPE laget av to komponenter med et 2: 1 forhold ble nedbrutt etter 21 dager (Figur 3C). Nedbrytningshastigheten er i invers korrelasjon med klebestyrke, fordi raskere nedbrytning skyldes hovedsakeliglavere intermolekylær interaksjon, og denne tilstanden skaper lavere adhesjonsstyrke i tilfelle av TAPE, som tidligere nevnt. Så resultatet var som forventet; TAPE blandet med en 2: 1-forhold viste langsommere nedbrytning enn ved et 1: 1 forhold fordi alle reaktiv -OH i TA og alle O- i PEG dannes det høyeste antall intermolekylære hydrogenbindinger. Ved et 1: 1 forhold, kan den overskytende mengde av -O- i PEG svekke kohesjonen, noe som resulterer i raskere nedbrytning.

Til slutt ble den hemostatiske evnen til TAPE undersøkt in vivo. TAPE ble først påført på muselever umiddelbart etter skade fra en 18 G nål, som vist i figur 4A. Mengden av blødning i løpet av de første 30 sekunder etter at behandlingen ble samlet opp ved å absorbere blodet på et filterpapir, og å sammenlikne den negative (ingen behandling) og positiv kontroll (fibrinlim) (figurene 4B og 4C). Den totale mengden av blødning var også calculrerte ved å samle mengden av blødning hvert 30 sek. før det stoppet. Som vist i figur 4D, ble blødning signifikant undertrykt av den hemostatiske evne TAPE (Det totale blødning mengde var bare 15,4% av den ubehandlede tilfellet) i stedet for et kommersielt produkt, fibrin-lim (Det totale blødning mengde var 60,7% av den ubehandlede tilfellet ).

Figur 1
Figur 1: Dannelse av TAPE (A) Serie skritt for å gjøre TAPE. (Skala bar: 0,5 cm). (B) En kjemisk reaksjon TAPE dannelse via intra- og inter-molekylær hydrogenbinding. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 2
Figur 2:. Heftstyrke TAPE på svinekjøtt Skin (A) En ordning måle setting. (B - C) limstyrke endringer under gjentatt påbyggings og avløsning på svin hud (B) i fravær og (C) i nærvær av vann. Feilstolpene representerer gjennomsnitt ± standard avvik (SD) av 3 gjentatte målinger (* p <0,05, ** p <0,01, *** p <0,001 og **** p <0,0001, med en-veis ANOVA test). (Re-utskrift med tillatelse fra ref. 25) Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 3
Figur 3: Nedbrytning Valuta TAPE i fysiologiske forhold (A) Et bilde av måle innstillingen.. (B) Representant photos av gjenværende TAPE på hvert degradering test. (C) De resterende% masse endringer etter en tidsperiode å inkubere i en 1 x PBS-buffer (pH 7,4) ved 37 ° C ble overvåket inntil 21 dager (TA: PEG = 2: 1 og 1: 1) (n = 5 , feilfelt ± SD). klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 4
Fig. 4: Hemostatic Evne TAPE in vivo (A) Et bilde som viser anvendelsen av TAPE på overflaten av en lever skadet av en 18 G nål. (B) Representative bilder som viser hvor mye blødning de første 30 sek. etter behandling av TAPE, så vel som negativ (ingen hemostatisk middel) og positiv kontroll (fibrinlim). Hver kvantitativ mengde Bleeding ble vist i (C). (D) Den totale mengden av blødning, samles hvert 30 sek før det stoppet. Feilstolpene representerer gjennomsnitt ± standard avvik (SD) av 5 gjentatte målinger (* p <0,05, ** p <0,01, *** p <0,001 og **** p <0,0001, med en-veis eller to-veis ANOVA-test). (Re-utskrift med tillatelse fra ref. 25) Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Vi har utviklet en helt ny klasse av hemostatisk klebemiddel navngitt TAPE inspirert av den vannbestandige molekylær interaksjon av en plante-avledet polyfenolforbindelsen, TA. TA er en representant hydrolyserbar tannin som i vesentlig grad har tiltrukket seg oppmerksomhet på grunn av sin anti-oksidanter, anti-bakterielle, anti-mutagene og anti-kreftfremkallende egenskaper.

Prosessen med å lage TAPE er ekstremt enkel, skalerbar, og miljøvennlig, fordi det er bare ett-trinns blanding av to vandige løsninger, etterfulgt av sentrifugering og uten ytterligere kjemiske synteseprosedyrer.

Den to-komponent blanding protokollen er den mest typiske og enkleste fremgangsmåten for å danne vev lim som brukes i konvensjonelle produkter, såsom fibrin-lim. Det er dannet ved blanding av fibrinogen og trombin rett før påføring på vev 3. Imidlertid er flertrinns kjemisk syntese er nødvendig for å fremstille komponenter av et klebemiddel i tilfelle of cyanoakrylatlim og syntetiske polymerbaserte lim. I tillegg er svært giftige kjemikalier ofte involvert som en komponent for kjemisk å tverrbinde den andre komponenten består av polymere forløpere i protein-baserte materialer, herdet ved glutaraldehyd og lim inneholdende formalin og resorcinol.

Materialer kurert av glutaraldehyd viste høy in vivo inflammatorisk respons på lunge og lever vev i dyrestudier med kaniner, selv om det har blitt godkjent av FDA for aorta vev. Materialer lim inneholder formalin og resorcinol også lider av toksisitet bekymringer som følge av formalin reagere med omkringliggende vev 26.

Sentrifugen trinnet er den eneste ulempen med TAPE utvikle som en in situ -dannende, injiserbare lim i kroppen, men tape plenteous fordeler lover sin åpne, utbredt bruk. Et kritisk trinn i TAPE dannelsen er at blandingen av to komponenter kanskjevære litt vanskelig på grunn av sin høye viskositet, men samlet, kan noen konsekvent tjene enorme mengder TAPE i et laboratorium uten batch-til-batch variasjoner.

Adhesjonsstyrken av TAPE var 2,5 ganger høyere enn for mye brukt kommersielt klebemiddel, fibrin-lim, og massen blødning ble vellykket undertrykt av blod-resistente feste av TAPE på sårstedet i vår muselever-blødningsmodell in vivo. Nedbrytningshastigheten og mekaniske egenskaper av TAPE kan være ytterligere fleksibel ved hjelp forgrenet / multi-væpnet PEG samt ett med endefunksjonelle grupper som amin, karboksylat, og epoksid. Den maksimale limstyrke i våre data ble optimalisert ved forholdet mellom en slags PEG (4-armer, 10 kDa og 2-armer, 6,4 kDa) til TA, men det bør også være påvirket av sluttfunksjonelle grupper, antallet armer og molekylvekten til PEG.

Vi forventer at TAPE kan også ha utstrakt bruk som et rusmiddel depot og selvklebendee lapp for sårheling formål, ikke bare som et hemostatisk middel på grunn av sin evne til å innkapsle kjemikalier via den velkjente affinitet TA til en rekke av makromolekyler, inkludert bovint serumalbumin 27, 28 DNA, poly (N -isopropylacrylamide) ( PNIPAM) 29, og metallioner 30.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Tannic acid Sigma-aldrich 403040
Poly(ethylene oxide), 4-arm, hydroxy terminated Aldrich 565709 Averge Mn ~ 10,000
Poly(ethylene glycol) Aldrich 373001 Average Mn 4,600
Biopsy punch Miltex 33-36 Diameter = 6 mm
Aron Alpha Toagosei Co., Ltd. Instant glue
Universal testing machine (UTM) Instron 5583
Microcentrifuge tubes SPL life science 60015 1.5 ml
Petri dish SPL life science 10090 90 x 15 mm
Sodium phosphate monobasic Sigma S5011 1x PBS ingredient
Sodium phosphate dibasic Sigma S5136 1x PBS ingredient
Sodium chloride Duchefa biochemie S0520.5000 1x PBS ingredient
Incubating shaker Lab companion SIF6000R
ICR mice Orient bio Normal ICR mouse 6 weeks, 30 - 35 g, male
Tiletamine-zolazepam (Zoletil 50) Virbac
Zylazine (Rompun) Bayer
PrecisionGlideTM needle (18 G) BD 302032 18 G
Filter paper Whatman 1001 125 Diameter = 125 mm
Parafilm Bemis Flexible Pakaging PM996

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Leggat, P. A., Smith, D. R., Kedjarune, U. Surgical applications of cyanoacrylate adhesives: a review of toxicity. ANZ J Surg. 77 (4), 209-213 (2007).
  2. MacGillivray, T. E. Fibrin Sealants and Glues. J Cardiac Surg. 18 (6), 480-485 (2003).
  3. Radosevich, M., Goubran, H. A., Burnouf, T. Fibrin sealant: scientific rationale, production methods, properties and current clinical use. Vox. Sang. 72 (3), 133-143 (1997).
  4. Schultz, D. G. FDA approval: BioGlue Surgical Adhesive P010003. FDA. , Available from: http://www.accessdata.fda.gov/cdrh_docs/pdf/P010003a.pdf (2001).
  5. Nomori, H., Horio, H., Suemasu, K. The efficacy and side effects of gelatin-resorcinol formaldehyde-glutaraldehyde (GRFG) glue for preventing and sealing pulmonary. Surg. Today. 30 (3), 244-248 (2000).
  6. Duarte, A. P., Coelho, J. F., Bordado, J. C., Cidade, M. T., Gil, M. H. Surgical adhesives: Systematic review of the main types and development forecast. Prog. Polym. Sci. 37 (8), 1031-1050 (2012).
  7. Bhatia, S. K. Traumatic injuries. Biomaterials for clinical applications. , Springer. New York. 1st Ed 213-258 (2010).
  8. Bouten, P. J. M., et al. The chemistry of tissue adhesive materials. Prog.Polym. Sci. 39 (7), 1375-1405 (2014).
  9. Annabi, N., Tamayol, A., Shin, S. R., Ghaemmaghami, A. M., Peppas, N. A., Khademhosseini, A. Surgical materials: Current challenges and nano-enabled solutions. Nano Today. 9 (5), 574-589 (2014).
  10. Strausberg, R. L., Link, R. P. Protein-based medical adhesives. Trends.Biotechnol. 8 (2), 53-57 (1990).
  11. Bilic, G., et al. Injectable candidate sealants for fetal membrane repair: bonding and toxicity in vitro. Am J Obstet Gynecol. 202 (1), 1-9 (2010).
  12. Mehdizadeh, M., Weng, H., Gyawali, D., Tang, L., Yang, J. Injectable citrate-based mussel-inspired tissue bioadhesives with high wet strength for sutureless wound closure. Biomaterials. 33 (32), 7972-7980 (2012).
  13. Ryu, J. H., Lee, Y., Kong, W. H., Kim, T. G., Park, T. G., Lee, H. Catechol-functionalized chitosan/pluronic hydrogels for tissue adhesives and hemostatic materials. Biomacromolecules. 12 (7), 2653-2660 (2011).
  14. Mahdavi, A., et al. A biodegradable and biocompatible gecko-inspired tissue adhesive. Proc Natl Acad Sci USA. 105 (7), 2307-2310 (2008).
  15. Lee, H., Lee, B. P., Messersmith, P. B. A reversible wet/dry adhesive inspired by mussels and geckos. Nature. 488, 338-341 (2007).
  16. Yang, S. Y., et al. A bio-inspired swellable microneedle adhesive for mechanical interlocking with tissue. Nature Commun. 4, 1702-1710 (2013).
  17. Spotnitz, W. D., Burks, S. Hemostats, sealants, and adhesives: components of the surgical toolbox. Transfusion (Paris). 48 (7), 1502-1516 (2008).
  18. Erel, I., Schlaad, H., Demirel, A. L. Effect of structural isomerism and polymer end group on the pH-stability of hydrogen-bonded multilayers. J Colloid Interface Sci. 361 (2), 477-482 (2011).
  19. Shutava, T. G., Prouty, M. D., Agabekov, V. E., Lvov, Y. M. Antioxidant Properties of Layer-by-Layer films on the Basis of Tannic Acid. Chem Lett. 35 (10), 1144-1145 (2006).
  20. Schmidt, D. J., Hammond, P. T. Electrochemically erasable hydrogen-bonded thin films. Chem Commun. 46 (39), 7358-7360 (2010).
  21. Shutava, T., Prouty, M., Kommireddy, D., Lvov, Y. pH Responsive Decomposable Layer-by-Layer Nanofilms and Capsules on the Basis of Tannic Acid. Macromolecules. 38 (7), 2850-2858 (2005).
  22. Erel, I., Zhu, Z., Zhuk, A., Sukhishvili, S. A. Hydrogen-bonded layer-by-layer films of block copolymer micelles with pH-responsive cores. J Colloid Interface Sci. 355 (1), 61-69 (2011).
  23. Kim, B. -S., Lee, H. -I., Min, Y., Poon, Z., Hammond, P. T. Hydrogen-bonded multilayer of pH-responsive polymeric micelles with tannic acid for surface drug delivery. Chem Commun. 45 (28), 4194-4196 (2009).
  24. Murakami, Y., Yokoyama, M., Nishida, H., Tomizawa, Y., Kurosawa, H. A simple hemostasis model for the quantitative evaluation of hydrogel-based local hemostatic biomaterials on tissue surface. Colloids Surf B Biointerfaces. 65 (2), 186-189 (2008).
  25. Kim, K., et al. TAPE: A Medical Adhesive Inspired by a Ubiquitous Compound in Plants. Adv Funct Mater. 25 (16), 2402-2410 (2015).
  26. Suzuki, S., Ikada, Y. Adhesion of cells and tissues to bioabsorbable polymeric materials: scaffolds, surgical tissue adhesives and anti-adhesive materials. J Adhes. Sci. Technol. 24 (13), 2059-2077 (2010).
  27. Lomova, M. V., et al. Multilayer Capsules of Bovine Serum Albumin and Tannic Acid for Controlled Release by Enzymatic Degradation. ACS Appl Mater Interfaces. 7 (22), 11732-11740 (2015).
  28. Shin, M., Ryu, J. H., Park, J. P., Kim, K., Yang, J. W., Lee, H. DNA/Tannic Acid Hybrid Gel Exhibiting Biodegradability, Extensibility, Tissue Adhesiveness, and Hemostatic Ability. Adv Funct Mater. 25 (8), 1270-1278 (2015).
  29. Kozlovskaya, V., Kharlampieva, E., Drachuk, I., Chenga, D., Tsukruk, V. V. Responsive microcapsule reactors based on hydrogen-bonded tannic acid layer-by-layer assemblies. Soft Matter. 6 (15), 3596-3608 (2010).
  30. Oh, D. X., et al. A rapid, efficient, and facile solution for dental hypersensitivity: The tannin-iron complex. Sci Rep. 5, 10884 (2015).

Tags

Bioteknologi Kirurgisk lim polyfenoler Tanniner plugger hemostase biologisk nedbrytbare
TAPE: En biologisk nedbrytbart Hemostatic Lim Inspirert av en allestedsnærværende forbindelse i Anlegg for Kirurgisk Application
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Kim, K., Lee, H., Hong, S. TAPE: A… More

Kim, K., Lee, H., Hong, S. TAPE: A Biodegradable Hemostatic Glue Inspired by a Ubiquitous Compound in Plants for Surgical Application. J. Vis. Exp. (112), e53930, doi:10.3791/53930 (2016).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter