내외부 고정과 나노은 기반 항균 드레싱(NSAD) 및 진공 보조 폐쇄(VAC) 기술을 결합한 결과, 강력한 항균 활성, 짧은 치유 시간, 높은 치유율, 짧은 입원 기간, 낮은 의료비, 그리고 구스틸로 유형 I 및 II 개방 경골 골절 치료에서 환자 통증 감소를 보입니다.
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연구 논문
내외부 고정과 나노은 기반 항균 드레싱(NSAD) 및 진공 보조 폐쇄(VAC) 기술을 결합한 결과, 강력한 항균 활성, 짧은 치유 시간, 높은 치유율, 짧은 입원 기간, 낮은 의료비, 그리고 구스틸로 유형 I 및 II 개방 경골 골절 치료에서 환자 통증 감소를 보입니다.
구스틸로 유형 I 및 II형 개방 경골 골절(OTF)은 심각한 연부 조직 손상과 높은 감염 위험과 연관되어 있으며, 전통적인 내고정 또는 외부 고정 치료법 시 치유 기간이 길고 수술 후 합병증이 발생하는 경우가 많습니다. 본 연구는 나노실버 항균 드레싱(NSAD)과 진공 보조 폐쇄(VAC)를 결합하여 폐쇄 복합 및 수질 내 못 고정(CRINF)을 통합하여 상처 및 골절 치유 결과를 개선하는 임상적으로 검증된 접근법을 소개합니다. 총 300명의 Gustilo 유형 I/II OTF 환자가 등록되어 무작위로 세 그룹으로 배정되었습니다(그룹당 n = 100명): 그룹 1은 기존 상처 치료와 함께 CRINF, 그룹 2는 VAC와 함께 CRINF, 그룹 3은 NSAD 및 VAC와 함께 CRINF를 받았습니다. 감염률, 상처 및 골절 치유 시간을 포함한 임상 결과, 입원 기간, 의료비, 수술 후 통증은 카이제곱 검정과 ANOVA 검정을 사용하여 그룹 간 비교되었으며, 유의율은 p < 0.05로 정의되었습니다. 3군은 합병증률이 가장 낮고 회복 상태가 가장 좋았으며, 평균 상처 치유 기간은 41일, 골절 치유 기간은 7.2개월로, 두 그룹 모두 대조군보다 유의미하게 짧았습니다(p < 0.05). 상처 치유율과 골절 치유율은 각각 97%와 94%였으며, 환자들은 입원 기간이 짧아졌고(10-15일), 총 의료비(~1,500위안), 통증 감소를 경험했습니다. 이 결과는 NSAD와 VAC를 CRINF와 결합하여 구스틸로 유형 I 및 II OTF 관리를 위한 효과적이고 안전한 임상 프로토콜을 제공하여 수술 후 합병증을 크게 줄이고 회복을 가속화함을 보여줍니다.
개방성 경골 골절(OTF)은 가장 흔한 장골 손상 중 하나이며, 보통 교통사고나 낙상과 같은 고에너지 외상에서 발생합니다. 골절 부위가 외부 환경과 직접 연결되어 있기 때문에, 이러한 손상은 종종 심각한 오염, 연조직 손실, 감염 또는 비융합 위험이 높음을 동반합니다. 구스틸로-앤더슨 분류에 따르면, OTF는 연부 조직 손상 및 상처 오염 정도에 따라 세 가지 유형으로 나뉩니다: I형(조직 손상이 최소화되고 상처가 깨끗), II형(중간 정도 조직 손상 및 오염), III형(신경혈관 침범이 자주 동반되는 심각한 조직 손실)5,6.
전통적인 관리 전략인 외고정과 개방 내고정은 임상적으로 중요하지만 본질적인 한계가 있습니다. 장기간 외고정은 관절 경직과 섬유 유합을 유발할 수 있으며, 광범위한 내부 노출은 수술 시간을 연장하고 감염 위험을 높일 수 있습니다7. 이에 따라 골절 안정성을 해치지 않으면서 감염 통제와 상처 치유를 강화하는 보조 기술에 관심이 집중되고 있습니다.
나노은 기반 항균 소재는 광범위한 항균 활성과 조직재생 잠재력 8,9,10 덕분에 최근 유망한 생의학 드레싱으로 부상했습니다. 본 연구에 사용된 나노실버 재료는 지속적인 은 이온 방출과 안정적인 항균 성능을 촉진하는 균일한 미세 구조를 보입니다(그림 1). 은 나노입자는 지속적으로 Ag+ 이온을 방출하여 박테리아 세포막을 파괴하고 효소 활성을 방해하며 섬유아세포와 각질세포 증식을 촉진합니다11,12. 나노은 기반 재료의 제안된 항균 기전은 그림 2에 나와 있습니다.
동시에 진공 보조 폐쇄(VAC) 치료는 국소적인 음압 미세환경을 만들어 조직 관류를 개선하고, 육아조직 형성을 자극하며, 상처 분출물을 제거하여 세균 부하를 감소시킵니다13,14. VAC 시스템의 주요 구성 요소와 기능 원리는 그림 3에 나와 있습니다.
이전 연구들은 개방 골절과 감염 상처 치료에 있어 VAC 또는 은 기반 드레싱의 개별적 이점을 입증했으나, 대규모 임상 환경에서 이들의 결합 적용을 거의 다루지 않았습니다15,16. 따라서 본 연구는 구스틸로 유형 I 및 II OTF 관리를 위한 나노실버 항균 드레싱(NSAD)과 VAC를 결합한 폐쇄 축소 및 수질 내 고정(CRINF)의 임상적 효능과 안전성을 조사합니다. 이 결합된 접근법의 예상되는 치료적 이점에 대한 개략적 개요는 그림 4에 제시되어 있습니다. 이 전략이 항균 활성을 높이고, 연조직 및 골절 치유를 가속화하며, 기존 치료에 비해 수술 후 합병증을 줄일 것이라고 가설을 세웠습니다.
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이 임상 프로토콜은 헝수이 인민병원 윤리위원회(승인 번호 2019-2-013)에서 승인되었습니다. 모든 참가자 또는 법적 보호자는 포함 전에 서면 동의서를 제공했습니다. 이 연구는 헬싱키 선언과 인간 연구 윤리에 관한 기관 지침을 준수했습니다.
은-탄소(Ag-C) 나노복합재의 준비
Ag-C 나노복합재를 합성하기 위해 3.0g의 탄산칼륨을 정밀하게 계량하여 튜브 가로에 50mL 석영 도가니에 넣었습니다. 샘플은 분당 15 °C로 400 °C로 가열되어 6시간 동안 유지한 후 실온(~25 °C)까지 식혔습니다. 이 제품은 250mL 유리 비커에 옮겨져 80mL의 탈이온수(저항율≥18 MΩ·cm)에 자기 교반기를 400rpm에서 10분간 분산시켰습니다. 현탁액은 10,000 x g 에서 4 °C에서 10분간 원심분리되었고, 탄소 양자점(CQD)이 포함된 갈색 상청액을 수집했습니다. 상원액은 80 °C에서 20 mL로 농축되어 교반 후 60 mL의 아세톤을 첨가하고 1분간 소용돌이 혼합을 했습니다. 9,500 x g 에서 4 °C에서 20분간 원심분리한 후, 연한 노란색 상청액이 CQD 스톡 용액으로 수집되었습니다. 톨렌스 시약을 준비하기 위해 0.5 M AgNO3 1 mL를 암모니아수 1.04 mL, 3 M NaOH 0.65 mL를 혼합한 후, 17.3 mL의 이온수 17.3 mL를 연속 교반 상태로 첨가했습니다. 알루미늄 호일로 감싼 3목 플라스크에 CQD 용액 25mL와 탈이온수 75mL를 섞어 500rpm으로 5분간 저어주었다. pH는 농축된 암모니아수로 약 7.0으로 조정한 후 1mL의 톨렌스 시약을 첨가했습니다. 혼합물은 어두운 환경에서 20분간 120°C까지 가열되었다. 상온으로 냉각한 후 노란색 Ag-C 용액을 얻어 4 °C에서 보관하다가 사용했습니다.
주의: NaOH와 암모니아 물은 부식성이 있으며 자극성 증기를 방출합니다. 장갑, 고글, 실험복을 착용한 채 화학 연기 후드에서 모든 반응을 처리하세요. 압력 축적을 방지하기 위해 가열된 용기를 단단히 밀봉하지 마세요.
나노실버 항균 드레싱(NSAD) 제조
용매 혼합물을 만들기 위해 15mL의 탈이온수를 200μL의 빙하 아세트산과 100mL 유리 비커에 혼합했습니다. 여기에 준비된 Ag-C 용액 0.1mL(22 mg/L), 글리세롤 0.2 mL, 폴록사머 60 mg을 첨가하여 50 °C에서 자기 교반을 통해 완전히 용해시켰습니다. 이후 0.6g의 키토산 가루를 점차 섞어 뭉치는 것을 방지하고, 균질할 때까지 30분간 연속 저어주었다. 그 후 1M NaHCO3 2mL를 저으면서 드롭 방향으로 첨가하여 약간의 거품을 유도한 뒤, 10분간 혼합했습니다. 총 부피는 탈이온수로 20mL로 조절되었고, 용액은 5분간 초음파로 탈기되었습니다. 균질한 용액은 직사각형 몰드(14cm x 8 cm x 0.5 cm)에 부어 플라스틱 랩으로 밀봉한 후 실온(20-25 °C)에서 48-72시간 젤 상태로 두었습니다. 젤화 후 필름을 제거하여 40°C의 강제 공기 오븐에서 12-18시간 건조하여 약 1mm 두께의 NSAD 필름을 얻었습니다. 겔레이션 과정에서 주변 온도와 습도를 기록하세요. 이들이 필름의 균일성과 인장 강도에 영향을 미치기 때문입니다. 눈에 띄는 균열이나 기포가 있는 필름은 모두 버리세요.
Ag-C 나노복합재의 특성 분석
희석된 Ag-C 용액 한 방울을 탄소 코팅 구리 투과 전자현미경(TEM) 그리드에 놓고 적외선으로 10분간 건조시켰습니다. 샘플들은 TEM 하에 100 kV 전압으로 영상 촬영되었습니다. ImageJ 소프트웨어를 사용해 최소 200개의 무작위 선택된 입자를 측정하여 입자 크기를 분석했으며, 데이터는 평균 ± SD로 표현되었습니다.
항균 활성 평가
황색포도상구균(ATCC 29213)과 대장균(ATCC 25922)은 37°C에서 트립톤 대두 육수(TSB)에서 하룻밤 배양하였습니다. 박테리아 현탁액은 광학 밀도 OD600 = 0.1 (~1 x 107 CFU/mL)로 조정되었다. 샘플은 세 그룹으로 나뉘었는데, 탈이온화된 수처리 대조군, 아목시실린 처리 양성 대조군(10 μg/mL), 그리고 Ag-C 나노복합 처리 시험군(10 μg/mL 당 응액 Ag 함량)입니다. 배양 배양물은 37°C에서 배양하고 150rpm에서 7일간 흔들었습니다. 매일 100 μL의 샘플을 수집하여 연속 희석한 후 TSB 한천에 판팅한 후 24시간 배양했습니다. 콜로니 형성 단위(CFU)를 집계하였고, 억제율(%)은 [(N0−t)/N0] x 100으로 계산되었습니다. 각 실험은 3회로 수행되었으며, 결과는 평균 ± SD로 보고되었습니다.
주의: 모든 박테리아 배양은 생물안전 레벨 II 캐비닛에서 다루세요. 모든 폐기물은 121°C에서 20분간 오토클레이브하여 버리세요.
NSAD의 부풀어 오르는 행동
정사각형 NSAD 샘플(1 cm x 1 cm)을 무게 측정하여 건조 중량(W0)을 얻었습니다. 각 샘플은 37°C의 생리식식식염수 10mL에 담갔습니다. 1시간, 6시간, 12시간, 24시간마다 샘플을 채취하고 필터 페이퍼로 반점한 후 무게(Wt)를 측정했습니다. 부기율(%)은 [(Wt − W0)/W0] x 100으로 계산되었습니다. 모든 측정은 3배로 수행되었으며, 결과는 평균 ± SD로 보고되었습니다.
VAC와 NSAD의 조립 및 적용
준비된 NSAD 필름은 멸균 가위를 사용해 상처 크기에 맞게 잘라내어 상처 침대에 직접 적용했습니다. 두 개의 멸균 실리콘 배액관(벽 두께 1mm, 미세기공 0.4-0.5mm)이 NSAD 아래에 삽입되었습니다. 상처 전체와 주변 2-3cm 정도의 온전한 피부는 투명한 폴리우레탄 필름으로 밀봉하여 밀폐 보호를 보장했습니다. 배수관은 -60 kPa에서 -80 kPa 사이에서 72시간 동안 유지되는 연속 음압원에 연결되었습니다. 봉인은 매일 점검되었고, 수집된 분출물의 색상과 부피가 기록되었습니다. 드레싱은 3-5일마다 교체했으며, 누출이 있을 경우 더 빨리 교체했습니다. 육아 조직이 상처를 완전히 덮은 후 VAC 치료는 중단되었습니다. 상처를 봉합하기 전에 완전한 지혈을 확인하세요. 활성 출혈이 발생하면 일시적으로 음압을 -40 kPa로 낮춥니다. 환자의 불편함, 과도한 통증, 기기 고장을 모니터링하세요.
폐기물 관리
모든 은과 알칼리성 잔류물은 유해 폐기물 처리를 위해 라벨이 붙은 폐기물에 수집되었습니다. 알칼리성 용액은 배출 전에 pH 7로 중화되었습니다. 생물학적 폐기물은 병원 생물안전 규정에 따라 오토클레이빙으로 멸균되어 폐기되었습니다.
환자 및 연구 설계
2019년 11월부터 2022년 11월까지 헝수이 인민병원 외상정형외과에서 구스틸로 유형 I 또는 II 개방 경골 골절(OTF) 진단을 받은 총 300명의 환자가 모집되었습니다. 환자는 사전에 정해진 포함 및 제외 기준에 따라 선별되었습니다. 포함 기준은 다음과 같았습니다: (1) 18세에서 70세 사이; (2) 임상 및 방사선 평가에 근거한 구스틸로 유형 I 또는 II 골절 확진; (3) 주요 혈관 또는 신경 손상 부재; 그리고 (4) 사전 동의 제공 능력 및 수술 후 추적 관찰 준수 능력. 제외 기준에는 다음이 포함되었습니다: (1) 구스틸로 유형 III 골절; (2) 조절되지 않는 당뇨병, 말초 혈관 질환, 만성 감염 또는 면역 결핍과 같은 심각한 동반 질환; (3) 병리적 골절; 그리고 (4) 임신 또는 응고장애. 무작위화는 블록 무작위화(블록 크기 = 6)를 가진 컴퓨터 생성 시퀀스를 사용하여 수행되었습니다. 할당 은폐는 독립 통계학자가 준비한 봉인된 불투명 봉투를 사용해 보장되었습니다. 환자들은 세 그룹(각 그룹 n = 100명)으로 균등하게 나뉘었습니다: 1군은 기존 상처 치료와 함께 폐쇄 복복술과 수내 못 고정술(CRINF)을 받았고; 2군은 진공 보조 폐쇄(VAC)와 함께 CRINF를 받았고; 3군은 나노실버 항균 드레싱(NSAD)과 VAC를 사용한 CRINF를 받았습니다. 모든 수술은 수술자 편향을 최소화하기 위해 동일한 수술팀에 의해 수행되었습니다. 결과 평가자들은 상처 치유, 감염, 통증 점수를 평가할 때 치료 배분에 대해 눈가리게 적용되었습니다. 모든 환자는 골절 치유 및 기능 회복을 평가하기 위해 수술 후 9개월간 추적 관찰하였습니다.
구스틸로 유형 I 및 II OTF 치료 계획
환자는 부상의 심각도와 의학적 상태에 따라 전신, 척추, 국소 마취를 받았습니다. 예비 제거 후 상처는 멸균 식염수와 과산화수소로 철저히 세척되었으며; 탈혈된 조직은 절단되었고, 필요에 따라 연조직 가장자리는 임시 봉합했습니다. 골절 안정화는 표준 정형외과 시술 후 폐쇄 정복술과 수질 내 못 고정술로 이루어졌습니다17. 그룹 3의 경우, 상처 치수에 맞게 멸균된 NSAD 필름을 절단하여 상처 베드에 적용했습니다; 드레싱 아래에 실리콘 배액관 두 개가 설치되어 있었습니다. 반투과성 폴리우레탄 막이 상처와 2-3cm 정도의 온전한 피부를 봉합했습니다. 흡입 전에 기밀성과 지혈이 확인되었고; 핀 트랙(있는 경우)은 멸균 거즈로 덮였습니다. -60에서 -80 kPa 사이의 연속 음압을 가하고 상처 크기와 깊이에 따라 조절했으며, 누출/포화 시 3-5일마다 또는 그 이전에 드레싱을 교체하였습니다. 1, 2그룹은 상처를 멸균 석유 거즈로 덮고 48-72시간마다 교체했습니다. 수술 후 치료에는 3-5일간의 예방적 광범위 항생제(세팔로스포린 또는 플루오로퀴놀론 투여), 필요 시 메트로니다졸18일간의 혐기성 투여, 항염증 및 진통 치료, 부종 조절, 순환 촉진 조치, 영양 지원(단백질 보충 포함)이 포함되었습니다. 신경혈관 침범 환자에게는 적절한 경우 신경영양성 및 항풍종/항경련제를 투여하였습니다. 검사실에서는 전혈구 수치, 적혈구 침강률, C-반응성 단백질 검사를 예정된 수술 후 방문에서 감염 감시를 위해 실시하였습니다. 재활은 3일째부터 등척성 수축과 부드러운 관절 움직임으로 시작하여, 허용 가능한 ~1주 후 능동적 가동 범위로 진행되었습니다. 방사선 추적 관찰은 약 1개월, 3개월, 6개월, 9개월에 이루어졌으며; X선에서 굳은살과 경골 피질과의 연속성이 확인되고 임상적 통증이 허용되자 점진적 체중 부하가 시작되었다.
관측 지수
주요 결과 측정 항목에는 상처 치유 시간, 골절 치유 시간, 상처 치유율, 골절 치유율이 포함되었습니다. 부차적 결과로는 수술 후 합병증(표면 감염, 심부 감염, 지연 유합, 지방색전증, 바늘 감염, 감염 비유합), 입원 기간, 총 의료비, 수술 후 통증 강도 등이 포함되었습니다. 통증 강도는 0점(통증 없음)에서 10점(상상할 수 있는 최악의 통증)까지 수치 평가 척도(NRS)를 사용했습니다. 상처 치유는 삼출물이 없는 완전한 상피화로 정의되었으며, 골절 치유는 최소 세 개의 피질에 굳은살을 연결하여 방사선상으로 확인되었다. 추적 평가는 수술 후 1개월, 3개월, 6개월, 9개월에 임상 평가와 방사선 촬영을 포함하여 수행되었습니다.
통계 분석
통계 분석은 SPSS 버전 20.0을 사용하여 수행되었습니다. 연속 변수들은 정규성을 검사하고 평균 ± 표준편차(SD)로 표현했습니다. 세 그룹 간 차이는 일원 ANOVA를 사용한 후 Tukey의 사후 검정을 통해 다중 비교를 수행하였습니다. 비정규 분포 데이터는 크루스칼-월리스 검정을 사용하여 분석되었습니다. 범주 변수는 카운트와 백분율로 표현되었으며, 적절히 카이제곱(χ²) 검정 또는 피셔 정확 검정을 사용해 분석했습니다. 주요 매개변수에 대해 95% 신뢰구간(CI)을 계산하였습니다. 통계적 유의성은 p < 0.05로 설정되었습니다. 모든 분석은 그룹 배정에 대해 눈이 피해 독립 생물통계학자가 수행하였습니다.
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구스틸로 유형 I 및 II형 개방 경골 골절(OTF)은 교통사고나 낙상과 같은 고에너지 외상으로 인해 발생하며, 광범위한 뼈 및 연조직 손상을 초래합니다 1,19. 골절과 외부 환경 간의 소통은 박테리아 침입을 촉진하여 높은 감염률과 치유 지연을 초래합니다20,21. 내부 고정 또는 외고정만을 포함하는 기존 치료는 감염 위험, 장기간 고정, 지연된 재활 때문에 제한된다22,23. 따라서 수술 후 상처 관리와 감염 통제를 최적화하는 것이 OTF의 치료 결과를 개선하는 데 매우 중요합니다.
나노은 기반 드레싱은 ...
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저자들은 이해 상충을 선언할 필요가 없습니다.
이 연구는 헝수이시 핵심 연구개발 프로그램(프로젝트 명: 개방 경골골절 치료에 있어 음압 폐쇄 배수(VAC)과 내외부 고정의 효능에 관한 임상 연구)의 지원을 받고 있습니다.
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| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| AgNO3 솔루션 | 야롱 악기 | 196305000 | |
| 암모니아 물 | 시롱 케미컬 | 480905 | |
| 치토산 | 알라딘 생화학 기술 | 428850500 | |
| 상업용 나노실버 입자 | 알라딘 생화학 기술 | NA | |
| 탈이온수 | 서모피셔 사이언티픽(미국) | 345470250 | |
| 외부 고정기 및 잠금 판 | 짐머드 의료기기 | NA | |
| 빙하 아세트산 용액 | 동방화학 그룹 | 3월 26일 | |
| 글리세롤 | 알라딘 생화학 기술 | 036646.K7 | |
| H1850 데스크탑 원심분리기 | 상이 실험실 기기 개발 | 203270008 | |
| 가열 슬리브 | 야롱 악기 | A57027 | |
| HJ-4A 다중 헤드 가열 교반어 | 국화 전기 가전 | 02774-1 | |
| 의료용 실리콘 배액관 | B. 브라운 메디컬 주식회사(미국) | 491288/491310 | |
| NaHCO3 | 알라딘 생화학 기술 | 123360250 | |
| NaOH 용액 | 맥클린 생화학 | 210-5 | |
| OTF-1200X 중공관 용광로 | 커징 테크놀로지 | OTF-1200X-ALD | |
| 투과성 접착 필름 | 3M 컴퍼니(미국) | 537722ZD | |
| 폴록사머 | 알라딘 생화학 기술 | 104082 | |
| 치탄산나트륨 칼륨 | 시노팜 그룹 | 202860051 | |
| 트립톤 두장 육수 | 써모피셔 사이언티브 | CM0129B | |
| 보텍스 믹서 | 다이내믹 인더스트리얼 | 88882010 |
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