手术过程中通常需要缝线来修复组织。然而,缝线的应用可能存在问题,因为它们具有侵入性,可能会损伤组织。本文报道了一种新型组织粘合剂的制备和应用方法。这种粘合剂薄膜可通过激光激活,无需使用缝线。
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手术过程中通常需要缝线来修复组织。然而,缝线的应用可能存在问题,因为它们具有侵入性,可能会损伤组织。本文报道了一种新型组织粘合剂的制备和应用方法。这种粘合剂薄膜可通过激光激活,无需使用缝线。
光化学组织粘合(PTB)是一种无需缝合线的组织修复技术,通过在两个组织边缘之间施加玫瑰红B(RB)溶液实现1,2。随后用激光照射,该激光被RB选择性吸收。由此产生的光化学反应据信可在产热极少的情况下使组织中的胶原纤维交联3。本报告中,已将RB掺入壳聚糖薄膜中,制备出一种可激光激活的新型组织粘合剂。基于壳聚糖并含有约0.1 wt% RB的粘合薄膜被制备出来,并使用固态激光器(λ=532 nm,能量密度~110 J/cm2,光斑大小~0.5 cm)将其粘合至小牛肠组织和大鼠胫神经上。采用与个人计算机连接的单柱式拉力计测试粘合强度。RB-壳聚糖粘合剂与肠组织的粘合强度为15 ± 6 kPa(n=30),粘合牢固。若不使用激光照射粘合剂,则粘合强度降至2 ± 2 kPa(n=30)。胫神经的吻合也可在无需缝合线的情况下完成。本研究成功制备了一种新型壳聚糖粘合剂,可通过光化学方式与组织粘合,且无需使用缝合线。
1. 壳聚糖粘合剂的制备
2. 黏附光学衰减
3. 体外 应用:肠道激光组织焊接
4. 体内 应用:胫神经吻合
5. 代表性结果
所获得的薄膜呈亮玫瑰色,质地薄且表面光滑(图1)。这些薄膜还具有柔韧性,可卷成小直径的管状结构,而不会产生撕裂或其他明显损伤(图1B)。玫瑰红染料(RB)粘合剂在530 nm和562 nm处有两个吸收峰;因此,绿光激光被该粘合剂强烈吸收,在532 nm处的相应衰减长度约为12 μm(图3)。相比之下,不含RB的壳聚糖薄膜对激光的衰减较弱(1/A ~162 μm),这可能是由于光散射所致。从光谱图可以看出,RB在薄膜中未发生显著聚集。
玫瑰胶在激光照射后能牢固地黏附于肠道(图2),其断裂时的典型最大负载为 0.9 ± 0.4 N(n=30)。黏附强度估算为最大负载除以黏附表面积,即 15 ± 6 kPa(n=30)。未照射激光的玫瑰胶对组织的黏附显著减弱(2 ± 2 kPa,n=30,非配对 t 检验 p<106)。在应用玫瑰胶并结合绿激光实现黏附后,胫神经的体内吻合成功完成。术后一周,手术部位神经保持连续,修复强度达 17 ± 9 kPa(n=10)。

图 1. A) 将 RB-壳聚糖溶液浇铸在一块平整的有机玻璃板上(板厚约 5 mm)。板下方放置坐标纸,以辅助干铸步骤。浇铸两周后获得不溶于水的薄膜。B) 玫瑰胶黏剂具有柔韧性,可卷成小圆柱状。

图 2. 激光照射后,玫瑰粘合剂与小牛肠组织结合。在组织粘合过程中,RB 粘合剂表面接受了均匀照射;但本图中仅显示了部分选定区域,以说明激光对粘合剂的光漂白效应。

图3. 玫瑰色黏合剂的吸收光谱(以任意单位表示)在530 nm和562 nm处显示出两个吸收峰。因此,在激光照射过程中,绿色激光(λ = 532 nm)会被该黏合剂强烈吸收。而不含玫瑰红B(RB)的壳聚糖黏合剂对激光束的吸收较弱。
| n | 面积 (mm2) | 功率 (W) | 时间 (s) | 能量密度 (J/cm2) | 强度 (W/cm2) | 最大载荷/面积 (kPa) | |
| 粘合剂+激光 | 30 | 60 ± 10 | 0.18 ± 0.03 | 365 ± 5 | ~110 | ~0.9 | 15 ± 1 |
| 粘合剂 | 30 | 60 ± 10 | NA | NA | NA | NA | 2 ± 2 |
表1. 说明。n,样本数量;Area,玫瑰状粘合剂的表面积(均值 ± 最大误差);Power,激光功率(均值 ± 最大误差);Time,辐照时间(均值 ± 最大误差);Fluence,平均激光能量密度;I,估算的辐照强度;Max Load/Area,修复组织断裂时的最大载荷除以粘合剂表面积(均值 ± 标准误差)。
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玫瑰粘合剂的制备基于一种简单的干铸工艺,尽管在酸性pH条件下RB的溶解需要对壳聚糖溶液进行长时间搅拌。必须让溶液完全干燥,直至形成不溶于水的薄膜。当干燥薄膜中的水分含量约为10%时,即可形成不溶性薄膜6。在标准温压条件(约25 °C和约1 atm)下干铸后,通常需要2周时间才能获得不溶性薄膜。组织粘合的机制尚不明确,但已观察到RB会从粘合剂中扩散至邻近组织,从而使激光能够在组织界面高效地对其进行光激活。可以推测,RB在光照下产生活性氧的能力,可能通过组织胶原蛋白和壳聚糖的氨基促进二者之间的交联7,8。最近一项关于玫瑰粘合剂的研究还显示,在组织-粘合剂粘合过程中达到的最高温度约为32 °C,这支持了该过程为光化学反应的假设4。目前多个研究团队正在探索其他无缝合组织修复技术。例如,Pini et al 已成功将激光组织焊接(LTW)应用于眼科手术9。然而,通常情况下,LTW可能导致附带的热损伤,因为在激光照射期间组织温度可升至65–75 °C。临床上也使用氰基丙烯酸酯类胶水代替缝合线闭合皮肤伤口;但因其具有毒性,通常不用于内脏器官的修复...
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本工作由西悉尼大学研究基金资助。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 玫瑰红 | Sigma-Aldrich | 632-69-9 | |
| 壳聚糖(中等分子量) | Sigma-Aldrich | 10318AJ | |
| 冰醋酸 | Sigma-Aldrich | 08050051 | 2% v/v 溶于去离子水中 |
| 磁力搅拌器 | Heidolph | MR Hei-Mix S | |
| 离心机 | Beckman Coulter Inc. | Allegra X-12R | |
| 分光光度计 | Varian Inc., Agilent | Cary 4000 UV-Visible | |
| 激光器 | CNI Laser | MGL-532 | |
| 千分尺 | Mitutoyo | Series 227 | |
| 手术显微镜 | Carl Zeiss, Inc. | OPMI |
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