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Bioengineering

CINTA: Un biodegradable hemostático pegamento Inspirado por un Compuesto ubicua en plantas para aplicación quirúrgica

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

Se describe el protocolo más simple para preparar adhesivo médico biodegradable que tiene una capacidad hemostática eficaz. La cinta es un agregado supramolecular inmiscible en agua preparado mediante la mezcla de ácido tánico, un compuesto ubicuo encuentra en las plantas, y poli glicol (etileno), produciendo 2,5 veces mayor adhesión resistente al agua en comparación con la cola de fibrina comercial.

Abstract

Este video describe el protocolo más simple para la preparación de pegamento quirúrgico biodegradable que tiene una capacidad hemostática eficaz y una mayor fuerza de adhesión resistente al agua que los adhesivos de tejidos comerciales. adhesivos médicos han atraído una gran atención como posibles herramientas alternativas a las suturas y grapas debido a su conveniencia en el uso con mínima invasividad. Aunque hay varios protocolos para el desarrollo de los adhesivos tisulares incluyendo los que están disponibles comercialmente, tales como colas de fibrina y materiales a base de cianoacrilato, la mayoría de ellos requieren una serie de síntesis químicas de moléculas orgánicas, o métodos proteína de purificación complicados, en el caso de materiales bio-driven (es decir, cola de fibrina). Además, el desarrollo de pegamentos quirúrgicos que exhibe altas propiedades adhesivas, manteniendo la biodegradabilidad sigue siendo un desafío debido a las dificultades para lograr un buen rendimiento en el ambiente húmedo del cuerpo. Ilustramos un nuevo método para preparar unaadhesivo médico, conocido como cinta, por la separación basada en el peso de un agregado supramolecular inmiscible en agua formado después de una mezcla física de a, molécula de adhesivo húmedo-resistente de origen vegetal, T Annic A cid (TA), y una bien conocida biopolímero, poli (etileno) glicol (PEG). Con nuestro enfoque, TAPE muestra alta resistencia a la adherencia, que es 2,5 veces más de cola de fibrina comercial en presencia de agua. Además, la cinta es biodegradable en condiciones fisiológicas y se puede usar como un pegamento hemostático potente contra el sangrado del tejido. Esperamos que el uso generalizado de la cinta en una variedad de entornos médicos y aplicaciones de administración de fármacos, tales como polímeros para muco-adherencia, como depósitos de fármacos, y otros.

Introduction

En una década pasada, se han hecho esfuerzos para reemplazar las suturas y grapas quirúrgicas actuales para cerrar heridas con adhesivos biodegradables / bioabsorbibles debido a su conveniencia en el uso y capacidad de invasión de tejidos baja durante los tratamientos quirúrgicos. Disponibles comercialmente de tejido-adhesivos se clasifican en cuatro tipos: (1) derivados de cianoacrilato 1, (2) colas de fibrina formados por conversión enzimática de fibrinógeno en fibrina por la trombina polímeros 2,3, (3) materiales a base de proteínas, tales como química o físicamente albúmina reticulada y / o gelatina 4,5, y (4) a base de polímeros sintéticos los 6. A pesar de que se han utilizado en muchas aplicaciones clínicas, todos los adhesivos tienen sus propias desventajas intrínsecas y los inconvenientes que pueden ser obstáculos para su uso generalizado. colas a base-cianoacrilato muestran una alta fuerza de adhesión a los tejidos, pero su subproductos tóxicos tales como cianoacetato y formaldehído formado durante la degradación, a menudo causan signoificant grados de respuestas inflamatorias 7. Los pegamentos de fibrina y albúmina o materiales a base de gelatina tienen problemas de seguridad respecto a la transmisión de los componentes infecciosos, tales como virus de origen animal: plasma sanguíneo humano para pegamentos de fibrina y animales, incluyendo ganado vacuno, pollo, cerdos y peces para los pegamentos a base de gelatina 8. Aunque algunos adhesivos a base de polímeros sintéticos han sido aprobados por la Administración Federal de Drogas (FDA), la mayoría de los adhesivos hechos de polímeros sintéticos siguen teniendo dificultades para reducir al mínimo los pasos del proceso de fabricación y el logro de biocompatibilidad 9. Lo más importante, todas las colas sufren de mala resistencia mecánica y la adhesión a los tejidos húmedos 10. Recientemente, los adhesivos tisulares biomiméticos inspirados en los mejillones marinos 11-13, lagartijas, 14 gecko con el mejillón 15 y gusanos endoparásitos 16 han ido emergiendo como alternativas prometedoras a los pegamentos médicos actuales debido a su mecánica y sintonizablepropiedades adhesivas con biocompatibilidad. Sin embargo, a día de hoy, todavía hay cuestiones que deben abordarse antes de que se conviertan en productos comerciales 17.

Aquí, se presenta un nuevo tipo de adhesivo médico llamado cinta que se prepara mediante la unión de hidrógeno intermolecular entre una molécula de origen vegetal adhesivo, ácido tánico (TA), y un polímero bio-inerte poli (etilenglicol) (PEG), como su nombre lo indica. TA es un tanino hidrolizable representante ubicua encontrado durante el metabolismo secundario de las plantas. Se ha llamado mucho la atención debido a su anti-oxidante, anti-mutagénico, y propiedades anti-cancerígenos y se ha demostrado para participar en interacciones supramoleculares con muchos polímeros, tales como poli (N -isopropylacrylamide) (PNIPAM) y poli (N - vinilpirrolidona) (PVPON), para formar la capa por capa (LBL) películas 18-20 y drogas liberadora de microcápsulas 21-23. En este estudio, descubrimos que el AT puede actuar como un eficienteresto funcional adhesivo resistente al agua para formar un adhesivo médico, TAPE. Por la simple mezcla con TA, un ensuciamiento no PEG polímero se convierte en un pegamento supramolecular con 2,5 veces mayor fuerza de adhesión en comparación con la cola de fibrina comerciales, y esta adhesión se mantuvo durante hasta 20 ciclos de unión y separación, incluso en la presencia de agua . Su capacidad hemostática fue probado en un modelo de hemorragia hepática in vivo y mostró una buena capacidad hemostática para detener la hemorragia dentro de unos pocos segundos. La cinta tiene su significado importante en un campo relacionado como el primer adhesivo de origen vegetal que puede revelar nueva información sobre la solución de los inconvenientes de los problemas actuales con los enfoques inspirados en la biología. También esperamos que el uso generalizado de la cinta en una variedad de aplicaciones médicas y farmacéuticas tales como muco-adhesivos, parches de liberación de fármacos, vendajes para el cuidado de la herida, y otros debido a su método de preparación simple, la escalabilidad, la velocidad de biodegradación sintonizable, así como ADHES altamente resistentes en húmedopropiedades de los iones.

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Protocol

Todo el cuidado de los animales y los experimentos se realizan de acuerdo con el protocolo ético proporcionada por el KAIST (Corea del Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología) IRB (Institutional Review Board).

1. Formación CINTA

  1. Para la preparación de una solución de TA, coloque un vial de vidrio de 4 ml de tamaño en un agitador magnético, y se añade 1 ml de agua destilada con una barra de agitación. Añadir 1 g de ácido tánico al vial, y se disuelven en el agua de agitación suave a 200 rpm durante más de 1 hr. Cuando la TA se haya disuelto completamente, la mezcla se vuelve transparente con un color marrón.
  2. Preparar una solución de PEG mediante la adición de 1 g de PEG en polvo (4-brazos, 10 kDa, y lineal, 4,6 kDa) a 1 ml de agua destilada seguido de mezclado por agitación ellos por unos pocos segundos para hacer una suspensión de color blanco. Mantener esta suspensión en la incubadora a 60 ° C durante 10 min. hasta que el blanco se vuelve completamente claro.
    NOTA: El punto de fusión del PEG con peso molecular de 10 kDa es de alrededor de 55- 60 ° C, y el 4 kDa uno es de 53 - 58 ° C. Derretido PEG se hace miscible con agua de manera que una alta concentración de PEG en agua hasta 1 g / ml se puede lograr como una solución clara. Una vez una solución clara PEG se forma a una alta temperatura, la solución sigue siendo estable a temperatura ambiente después del enfriamiento.
  3. Añadir 329 l de la PEG (4-brazos, 10 kDa) solución preparada en el paso 1.2 a 671 l de la solución TA preparado en la etapa 1.1 (En el caso de un PEG lineal con 4,6 kDa, añadir 311 l de una solución de PEG a 689 l de una solución de TA) en un tubo de microcentrífuga. mezclar suavemente las dos soluciones viscosas y similar a la miel con una espátula estrecha para que se mezclen homogéneamente.
    PRECAUCIÓN: Ambas soluciones son bastante viscoso, por lo que el científico lentamente pero suficientemente ha de tirar hacia arriba y transferir las soluciones con una micropipeta.
  4. Girar la mezcla preparada en la etapa 1.3 a 12.300 xg durante 3 min en una centrífuga equipada con un rotor de ángulo fijo.
  5. Con cuidado, remove tanto del sobrenadante como sea posible usando una micropipeta, y recoger el producto que se ha establecido: Esta es la cinta completamente formado. Después de la formación CINTA, almacenarlo en el refrigerador (4 - 8 ° C) hasta por varias semanas. NOTA: CINTA se puede esterilizar por radiación gamma o tratamiento por haz de electrones antes de su uso en aplicaciones quirúrgicas.

2. Medición de la fuerza de adhesión de CINTA

  1. Preparar dos piezas de tejido de la piel porcina con un diámetro de 6 mm por corte con un punzón de biopsia después de eliminar toda la grasa en el tejido de la piel.
    NOTA: El tejido de la piel porcina se obtuvo a partir de piel porcina flanco saludable y se adquirió en un mercado de carne local ubicado en Daejeon en Corea del Sur.
  2. Aplicar pegamento de cianoacrilato comercial al lado exterior de cada tejido, y adjuntar el tejido a la varilla metálica.
    NOTA: La varilla metálica se utiliza como empuñadura suplementaria así los tejidos unaNo estás agarrado directamente por la máquina. En consecuencia, puede ser sustituido por otros materiales a partir de la configuración de la máquina de tracción.
  3. Aplicar una gota de TAPE (una gota de la cinta es de aproximadamente 3-6 mg) a un lado del tejido. A continuación, se extendió la CINTA uniformemente utilizando otro tejido entre los dos tejidos en sus lados interiores para que se adjuntan como se muestra en la Figura 2A.
  4. A continuación, conecte manualmente y separar las dos partes de los tejidos varias veces para mezclar y maximizar la superficie de contacto entre cada tejido y TAPE homogénea.
  5. Con el UTM, cuidadosamente agarre cada lado de la varilla. La fuerza de adhesión se determina por la fuerza necesaria para separar dos tejidos unidos con cinta adhesiva. En primer lugar, aplicar una fuerza de 20 N durante 1 min. A continuación, con la máquina, tirar de cada barra en una dirección opuesta a una velocidad de 1 mm / min. hasta que los tejidos se desprende completamente.
    Nota: No se incluyen datos como una fuerza-distancia (FD) curva detectada por el movimientode cada varilla.
  6. Calcular la fuerza de adhesión de cinta por parte de la división de la fuerza máxima (kN) que se muestra en la curva FD alcanzado en el paso 2.5 por el área de superficie de la muestra, es decir, 3,14 x (0.003 m) 2.
  7. Para el control de la fuerza de adhesión en presencia de agua, añadir 20 l de agua en el área individual entre dos tejidos, y adjuntarlos inmediatamente. Con la máquina, realizar la prueba de desprendimiento de nuevo.

3. Ensayo in vitro de degradación

  1. Cortar una tapa (d = 8 mm) del tubo de microcentrífuga, y se pesa la tapa para definirla como W c.
  2. Llenar la tapa con 150 mg de la cinta, y se pesa de nuevo todos juntos para establecerlo como un peso total inicial W 0.
    PRECAUCIÓN: No sobrecargue cinta en la tapa. La altura de la cinta será más baja que la parte superior de la tapa, ya que puede ser una barrera física a una corriente de tampón PBS generada por el proceso de agitación durante la incubación en el paso 3.4.
    3. 2), y añadir 50 ml de tampón PBS (1X, pH 7,4) al matraz de cultivo de células de modo que la cinta en la tapa está completamente inmerso en el tampón de PBS, como se muestra en la Figura 3A (n = 5).
  3. Incubar el frasco de cultivo celular preparado en la etapa 3.3 en un incubador con agitación orbital a 37 ° C, similar a las condiciones fisiológicas, con suave agitación (50 rpm).
    PRECAUCIÓN: Mantenga la condición de agitación a 50 rpm. rpm más alta podría causar un colapso de cinta adhesiva.
  4. En cada punto de tiempo, tomar la tapa con cinta del matraz de cultivo celular y, a continuación, secar por soplado de gas nitrógeno. Pesar la tapa que contiene cinta restante. Establecer el peso en cada punto de tiempo para W t. Vuelva a colocar la PBS fresca de nuevo, y volver a agitarlo después de medir W t en cada momento.
  5. Calcular el peso restante relativa (%) de la siguiente ecuación.
    Peso relativo restante (%) = (W t c) / (W 0 - W c) x 100%

4. Capacidad de hemostática CINTA

NOTA: Todos los experimentos con animales se realizaron de acuerdo con las directrices y protocolos éticos proporcionados por el Ministerio de Salud y Bienestar de Corea.

  1. Para evaluar la capacidad hemostática in vivo, revisar el modelo de hígado de ratón hemorragia como se describe en la ref 24.
  2. Anestesie quince ratones (ratón normal ICR, 6 semanas, 30 - 35 g, macho) con una inyección intraperitoneal de tiletamina-zolazepam (33.333 mg / kg) y xilazina (7,773 mg / kg) (n = 5 por grupo). Para confirmar la anestesia adecuada, pellizcar la pata del animal con cuidado y observar los movimientos tales como la retirada de la pata, etc. Ningún movimiento indica que el animal es suficientemente anestesiado hacer la cirugía.
  3. Para evitar la sequedad de los ojos de los animales, aplicar el ungüento veterinario para los ojos lo suficiente, mientras que bajo unaestesis. Exponer el hígado a través de una incisión en la línea media abdominal, y se pincha el hígado con una aguja de 18 G para inducir el sangrado.
  4. Retire la sangre que fluye con una gasa estéril, y poner 100 l de cinta adhesiva o pegamento de fibrina (control positivo) inmediatamente en el lugar de la hemorragia.
    NOTA: No se necesita más de sutura después de aplicar la cinta debido a sus propiedades adhesivas altamente resistente sanguíneos en los tejidos de la herida. Para el control negativo, sin tratamiento ocurre en el sitio de sangrado.
  5. En cada caso, se puso un papel de filtro con masa conocida debajo del hígado para recoger la sangre desde el sitio de daño. Sustituir el papel por uno nuevo cada 30 segundos por 4 veces (es decir., 2 min).
  6. Medir la masa de la sangre absorbida en cada papel de filtro recogidos cada 30 seg. Después de que el experimento con animales, sacrificar a los ratones mediante asfixia con CO2 eutanasia.

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Representative Results

La cinta es un agregado supramolecular que se establece después de centrifugar la mezcla de dos soluciones acuosas que contienen TA (1 g / ml en agua destilada) y PEG (1 g / ml en agua destilada) con relación de 2: 1 volumen (Figura 1A). La proporción de mezcla es el factor clave para conseguir una alta fuerza de adhesión; Si la cinta está formado por una proporción de 2: 1 de mezcla, 20 unidades del grupo hidroxilo (-OH) en 25 unidades de TA interactúan entre grupo éter (-O-) en PEG, resultando en la formación de enlaces de hidrógeno intermolecular más alta con la máxima propiedades de adhesión. Las cinco unidades restantes de -OH parecen ser consumido por el enlace de hidrógeno intramolecular con grupos carbonilo adyacentes (C = O) en TA (Figura 1B). Cuando cualquiera de uno de los componentes era en exceso de la relación de 2: volumen 1, la fuerza de adhesión se redujo notablemente 25. El enlace de hidrógeno será también la interacción a nivel molecular crítico con los tejidos. Controladorla inter e intra-enlace de hidrógeno molecular entre TA y PEG para la cohesión, y entre TA y los tejidos para la adhesión podría ser un mecanismo plausible de la cinta como un pegamento quirúrgico eficaz.

Para la medición de la fuerza de adhesión, TAPE se aplicó primero entre cada lado epidérmico de dos pieles de cerdo con un diámetro de 6 mm. Posteriormente, se agarró en una máquina de tracción a través de varillas unidas fuera de cada piel porcina, tal como se representa en la figura 2A. La fuerza necesaria para separar dos pieles porcinas se midió por la máquina en ausencia (figura 2B) y la presencia de agua (Figura 2C) después de cada 5 ciclos de unión repetida y desprendimiento, de hasta 20 ciclos. La fuerza de adhesión en un estado seco era de aproximadamente 200 kPa a la medición inicial, e incluso aumentó hasta aproximadamente 250 kPa después de 20 ciclos. En presencia de agua añadida a cada ciclo, la adhesión fue de aproximadamente 90 kPa, que luegodisminuido a 50 kPa después de 20 ciclos. La fuerza de adhesión en estado húmedo fue menor que en un estado seco, pero todavía era comparable con el adhesivo comercial, cola de fibrina, que era alrededor de 70 kPa medido por un entorno idéntico al nuestro en ausencia de agua 25.

La degradabilidad de la cinta fue investigado por análisis gravimétrico in vitro (Figura 3). CINTA se sumergió en 1x PBS (pH 7,4) a 37 ° C con agitación suave, a continuación, la masa restante cada vez que se midió hasta 21 días. Fotos de la cinta restante cada vez se muestran también en la Figura 3B. La cinta hecha mediante la mezcla de TA y PEG con una relación 1: 1 se degradó completamente después de 13 días, y 42% de cinta hecha por dos componentes con una relación 2: 1 se degradó después de 21 días (Figura 3C). La velocidad de degradación está en correlación inversa con la fuerza de adhesión, debido a una degradación más rápida se debe principalmente amenor interacción intermolecular, y esta condición crea menor fuerza de adhesión en el caso de TAPE, como se mencionó anteriormente. Por lo que el resultado fue el esperado; Cinta mezclada por una proporción de 2: 1 mostró degradación más lenta que por una proporción de 1: 1 porque todos -OH reactiva en TA y todos -O- en PEG formaron el mayor número de enlaces de hidrógeno intermoleculares. En una relación de 1: 1, la cantidad en exceso de -O- en PEG podría debilitar la cohesión, lo que resulta en una degradación más rápida.

Por último, la capacidad hemostática de cinta se investigó in vivo. Cinta se aplica primero en el hígado de ratón inmediatamente después de daño de una aguja de 18 G, como se muestra en la Figura 4A. La cantidad de sangrado durante una 30 seg inicial después del tratamiento se recogió mediante la adsorción de sangre sobre un papel de filtro y comparando el negativo (sin tratamiento) y control positivo (cola de fibrina) (Figuras 4B y 4C). La cantidad total de sangrado también era calcullización creada por la recogida de la cantidad de sangrado cada 30 seg. hasta que se detuvo. Como se muestra en la figura 4D, el sangrado se suprimió significativamente por la capacidad hemostática de TAPE (La cantidad total de hemorragia fue de sólo el 15,4% de la caja sin tratar) en lugar de un producto comercial, cola de fibrina (La cantidad total de hemorragia fue de un 60,7% del caso sin tratar ).

Figura 1
Figura 1: Formación de TAPE (A) medidas seriadas de hacer CINTA. (Barra de escala: 0,5 cm). (B) Una reacción química de formación de la cinta por medio de enlaces de hidrógeno intra e inter-molecular. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 2
Figura 2:. La resistencia de adherencia de cinta adhesiva en la piel porcina (A) Un programa de ajuste de medición. (B - C) cambia la fuerza de adherencia durante la fijación repetida y desprendimiento de piel porcina (B) en ausencia y (C) en presencia de agua. Las barras de error representan la media ± desviación estándar (SD) de 3 mediciones repetidas (* p <0,05, ** p <0,01, *** p <0,001 y **** p <0,0001, con una sola vía de prueba ANOVA). (Re-imprimir con permiso de ref 25). Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

figura 3
Figura 3: Tasa de Degradación cinta en condiciones fisiológicas (A) Una foto de la configuración de medición.. (B) Representante photOS del restante de la cinta en cada ensayo de degradación. (C) El resto de cambios% en masa después de un período de tiempo de incubación en un tampón 1x PBS (pH 7,4) a 37 ° C se controló hasta 21 días (TA: PEG = 2: 1 y 1: 1) (n = 5 , barras de error ± dE). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 4
Figura 4:. Capacidad hemostático de cinta en Vivo (A) Una foto que indica la aplicación de cinta adhesiva en la superficie de un hígado dañado por una aguja de 18 G. (B) fotos representativo que muestra la cantidad de sangrado de un 30 seg inicial. después del tratamiento de TAPE, así como el negativo (sin agente hemostático) y control positivo (cola de fibrina). Cada cantidad cuantitativa de bleeding se muestra en (C). (D) La cantidad total de sangrado, se recogió cada 30 segundos hasta que se detuvo. Las barras de error representan la media ± desviación estándar (SD) de 5 mediciones repetidas (* p <0,05, ** p <0,01, *** p <0,001 y **** p <0,0001, con una vía o de dos vías ANOVA de prueba). (Re-imprimir con permiso de ref 25). Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

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Discussion

Hemos desarrollado una nueva clase de cinta adhesiva llamado hemostático inspirado en la interacción molecular resistente al agua de un compuesto polifenólico de origen vegetal, TA. TA es un tanino hidrolizable representativa que ha atraído considerablemente la atención debido a sus propiedades anti-oxidantes, anti-bacterianas, anti-mutagénicas y anticancerígenas.

El proceso de fabricación de cinta es extremadamente simple, escalable y con el medio ambiente, ya que es sólo la mezcla de un solo paso de dos soluciones acuosas seguido de centrifugación sin ningún tipo de procedimientos de síntesis química más.

El protocolo de dos mezcla componente es el método más típico y más simple para formar adhesivos de tejidos utilizados en los productos convencionales, tales como cola de fibrina. Está formado por la mezcla de fibrinógeno y trombina justo antes de aplicar a los tejidos 3. Sin embargo, es necesaria la síntesis química de varios pasos para preparar los componentes de un adhesivo en el caso of cianoacrilato pegamento y adhesivos a base de polímeros sintéticos. Además, los productos químicos altamente tóxicos a veces afecta también como un componente para reticular químicamente el otro componente compuesto de precursores poliméricos en los materiales a base de proteínas, curado por glutaraldehído y el pegamento que contiene formalina y resorcinol.

Materiales curados por glutaraldehído mostraron alta en la respuesta inflamatoria in vivo en los tejidos del pulmón y del hígado en estudios con animales que utilizan conejos, aunque ha sido aprobado por la FDA para los tejidos aórticos. Materiales de cola que contiene formol y resorcinol también sufre de problemas de toxicidad derivados de formalina al reaccionar con los tejidos circundantes 26.

El paso de centrifugación es el único inconveniente de CINTA desarrollo como en -Formar situ, adhesivo inyectable en el cuerpo, pero las ventajas de abundancia de TAPE prometer su utilización abierta y generalizada. Un paso crítico de la formación de la cinta es que la mezcla de dos componentes podríanser un poco complicado debido a su alta viscosidad, pero en general, cualquier persona puede hacer constantemente grandes cantidades de cinta en un laboratorio sin ninguna variación de lote a lote.

La fuerza de adhesión de cinta fue 2,5 veces mayor que la del adhesivo comercial ampliamente utilizado, cola de fibrina y la hemorragia masiva se suprimió con éxito por la unión de sangre resistente de cinta en el lugar de la herida en el modelo de hígado de ratón de sangrado in vivo. La velocidad de degradación y propiedades mecánicas de cinta puede estar más lejos sintonizable mediante el uso de PEG ramificado / multi-armada, así como uno que tienen grupos terminales funcionales tales como amina, carboxilato, y el epóxido. La fuerza máxima adherencia en nuestros datos se optimiza mediante la proporción de un tipo de PEG (4-brazos, 10 kDa y 2-armas, 6,4 kDa) a TA, sino que también debe verse afectada por grupos terminales funcionales, número de brazos y el peso molecular de PEG.

Esperamos que esa cinta también puede tener un uso extendido como un depósito de fármaco y adhesive parche para fines de cicatrización de heridas, no sólo como un agente hemostático debido a su capacidad para encapsular productos químicos a través de la conocida afinidad de TA a una variedad de macromoléculas, incluyendo albúmina de suero bovino 27, el ADN 28, poli (N -isopropylacrylamide) ( PNIPAM) 29 y 30 de iones metálicos.

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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).

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Bioingeniería No. 112 pegamento quirúrgico polifenoles taninos clavijas Hemostasia biodegradables
CINTA: Un biodegradable hemostático pegamento Inspirado por un Compuesto ubicua en plantas para aplicación quirúrgica
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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).

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