ЛЕНТА: Биоразрушаемый кровоостанавливающие клей Вдохновленный Ubiquitous соединения в растениях для хирургических Применение
8 июня 2016 г.
Мы опишем наиболее простой протокол для подготовки биоразлагаемый медицинский клей, который имеет эффективную способность кровоостанавливающее. ЛЕНТА представляет собой не смешивающийся с водой супрамолекулярная агрегат получают путем смешивания дубильной кислоты, повсеместное соединение, содержащееся в растениях, и поли (этилен) гликоля, что дает в 2,5 раза больше водостойкую адгезию по сравнению с коммерческим клеем фибрина.
Общая цель данного протокола заключается в разработке биоразлагаемого гемостатического клея для хирургического применения, созданного по образу и подобию распространенного растительного соединения. Этот метод поможет нам понять механизмы водостойкой адгезии биомиметиков, таких как тканевые адгезивы и герметики, используемых в биомедицине. Основным преимуществом данной методики является то, что процесс изготовления TAPE крайне прост, масштабируем и экологически безопасен.
Сначала приготовьте раствор таниновой кислоты в стеклянном флаконе объемом 4 мл на магнитной мешалке. Добавьте 1 мл дистиллированной воды и 1 г таниновой кислоты при перемешивании со скоростью 200 rpm. Через час таниновая кислота полностью растворится, образовав раствор коричневого цвета.
Затем добавьте 1 мл дистиллированной воды к 1 г порошка ПЭГ и перемешайте их на вортексе до образования белой суспензии. Выдержите суспензию при 60 °C в течение 10 минут. Она должна стать полностью прозрачной.
Затем доведите образец до комнатной температуры. Далее в микроцентрифужной пробирке смешайте 329 µL раствора PEG с 671 µL раствора таниновой кислоты. Осуществляйте отбор аликвот медленно, так как оба раствора обладают высокой вязкостью.
Осторожно перемешайте растворы узким шпателем до получения смеси, напоминающей по консистенции мед. Центрифугируйте смесь при 12 300 g в течение трех минут в роторе с фиксированным углом. Затем аккуратно отберите пипеткой максимально возможный объем супернатанта, оставив полностью сформированный TAPE.
Храните ТЕЙП при температуре от четырех до восьми градусов Цельсия в течение нескольких недель. Для измерения адгезионной прочности ТЕЙПА подготовьте тестовую ткань из биопсийного панча кожи свиньи. Удалите весь жир, затем подготовьте два образца тестовой ткани диаметром шесть миллиметров.
Нанесите коммерческий цианоакрилатный клей на внешнюю сторону каждой ткани и прикрепите стержни или аналогичный предмет, который будет захвачен испытательной машиной. Затем нанесите каплю TAPE на одну сторону ткани и равномерно распределите её между внутренними сторонами двух тканей до их соединения. После этого несколько раз прижмите и отсоедините ткани, чтобы создать однородную смесь, полностью покрывающую поверхность раздела.
Затем закрепите стержни в испытательном аппарате. Начните с приложения силы 20 Newtons в течение одной минуты. После этого растягивайте стержни со скоростью 1 mm/min до полного отделения тканей.
Данные представлены в виде кривой зависимости силы от расстояния. Для проверки адгезионной прочности в присутствии воды добавьте 20 µL воды в область отделения между двумя тканями и немедленно прижмите увлажненные поверхности с помощью TAPE. Повторите тест, как и ранее, без внесения других изменений.
Сначала срежьте колпачок диаметром 8 мм от пробирки для микроцентрифуги и взвесьте его. Затем заполните колпачок 150 мг TAPE и измерьте общий вес. Не заполняйте колпачок выше края, так как он будет служить барьером.
Добавьте 50 миллилитров PBS-буфера в флакон для культивирования клеток объемом 75 квадратных сантиметров. Закройте флакон крышкой с загруженным материалом и погрузите крышку в раствор. Инкубируйте флакон при температуре 37 °C на орбитальном шейкере, установив скорость вращения не более 50 rpm.
В нужное время снимите колпачок и высушите его потоком азота. Затем взвесьте колпачок. После этого снова добавьте PBS в колбу и продолжите инкубацию при осторожном встряхивании до следующего временного интервала.
На основании полученных измерений рассчитайте относительный остаточный вес. Начните с полностью анестезированной шестинедельной самца мыши, состояние которой проверено с помощью зажима пальца лапы. Перед началом операции обязательно нанесите ветеринарную мазь на глаза.
Теперь обнажите печень, сделав разрез по срединной линии живота, и поместите под печень фильтровальную бумагу известной массы для ее иммобилизации. Затем проколите печень иглой 18-го калибра, чтобы вызвать кровотечение. Впитывая кровь стерильной марлей, немедленно нанесите 100 µL TAPE на место разреза.
В качестве положительного контроля используйте цианоакрилат или аналогичный клей, а для отрицательного контроля не проводите никаких манипуляций. Дополнительное наложение швов не требуется. После нанесения адгезива соберите кровь из места повреждения на бумагу.
Заменяйте фильтровальную бумагу каждые 30 second в течение двух минут. Измерьте массу абсорбированной крови на четырех фильтровальных бумагах. Животное следует подвергнуть эвтаназии.
Было протестировано несколько соотношений ТА и ПЭГ, и идеальным сочетанием для создания TAPE оказалось объемное соотношение два к одному. Такой TAPE наносили между двумя образцами свиной кожи диаметром шесть миллиметров, затем тестировали на разрывной машине согласно описанному методу. Сила, необходимая для разъединения двух образцов свиной кожи, изначально составляла 200 килопаскалей и увеличилась до 250 килопаскалей при повторных циклах.
Когда образцы кожи увлажняли после каждого цикла прикрепления/открепления, прочность сцепления на разрыв изначально снижалась до 90 килопаскалей и падала до 50 килопаскалей после 20 циклов. Стабильность TAPE тестировали в небольших объемах, разбавленных в PBS, при встряхивании в физиологических условиях освещения. При использовании состава в соотношении два к одному масса сохранялась в течение 21 дня.
Формуляция TAPE с соотношением компонентов 1:1 оставалась стабильной в этих условиях всего 13 дней. Затем был проведен тест на гемостаз in vivo. Результаты герметизации печени с помощью TAPE сравнивали с коммерческим фибриновым клеем.
Печень, герметизированная с помощью TAPE, кровоточила значительно меньше, чем печень, герметизированная фибриновым клеем. При должном подходе приготовление TAPE занимает пять минут после того, как процедура будет освоена. При выполнении данной процедуры важно помнить о необходимости соблюдения оптимизированного соотношения таниновой кислоты и PEG, так как оно может существенно повлиять на адгезионную силу TAPE.
После своей разработки эта методика открыла исследователям в области биометрики путь к изучению вдохновленных природой способов решения актуальных проблем по созданию водостойких адгезивных материалов. Хотя данный метод может дать представление о гемостатических материалах, он также может быть применен к другим системам, таким как тканевые герметики для заживления ран и имплантируемые пластыри для доставки лекарственных средств.
Просмотрите полный транскрипт и получите доступ к тысячам научных видео
Обзор
В данной статье представлен простой протокол создания биоразлагаемого медицинского клея с эффективными гемостатическими свойствами. Клей, получивший название TAPE, синтезируется из таниновой кислоты и полиэтиленгликоля и демонстрирует значительно более высокую водостойкую адгезию по сравнению с традиционным фибриновым клеем.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Биоматериалы
- Хирургические клеи
- Гемостаз
Теоретическая часть
- Биоразлагаемые материалы приобретают все большее значение в медицинском применении.
- Танниновая кислота представляет собой природное соединение, содержащееся в различных растениях.
- Современным хирургическим адгезивам часто не хватает достаточной водостойкости.
- Улучшение адгезивных свойств может повысить эффективность хирургических результатов.
Цель исследования
- Разработать простой и эффективный биоразлагаемый гемостатический клей.
- Изучить механизмы адгезии биоматериалов.
- Предложить экологически безопасную альтернативу существующим адгезивам.
Используемые методы
- Приготовление раствора таниновой кислоты в стеклянном флаконе.
- Смешивание таниновой кислоты с дистиллированной водой на магнитной мешалке.
- Перемешивание при 200 rpm до полного растворения вещества.
- Оценка адгезионных свойств в сравнении с коммерческими продуктами.
Основные результаты
- TAPE обладает водостойкой адгезией, которая в 2,5 раза превышает адгезию фибринового клея.
- Метод приготовления прост и масштабируем.
- Клей экологически безопасен и биоразлагаем.
- Освещены потенциальные области применения в хирургии.
Выводы
- TAPE представляет собой перспективное достижение в области хирургических адгезивов.
- Использование таниновой кислоты предлагает естественное и эффективное решение.
- Дальнейшие исследования могут расширить возможности его применения в медицине.
Часто задаваемые вопросы
Значимость для промышленности
Биоразлагаемые гемостатические адгезивы, такие как TAPE, решают актуальную проблему обеспечения прочного и водостойкого прикрепления к тканям в хирургии и при лечении ран. Благодаря использованию соединения растительного происхождения и биополимера, данный протокол позволяет осуществлять быстрый и масштабируемый синтез адгезивов с превосходной адгезией во влажной среде и биоразлагаемостью, что обеспечивает непрерывность трансляционного перехода от этапа открытия к доклинической оценке. Этот подход представляет стратегическую ценность для групп биофармацевтических исследований и разработок, стремящихся снизить риски при создании биоматериалов и расширить инструментарий для применения в хирургии и системах доставки лекарственных средств.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Ранние этапы поиска и валидация мишени
- Позволяет изучить механизмы адгезии к тканям и гемостаза биоматериалов растительного происхождения.
- Обеспечивает функциональную валидацию адгезивных свойств в физиологических условиях и во влажной среде.
- Повышает прогностическую уверенность при выборе материала для дальнейших трансляционных разработок.
Скрининг и разработка анализа
- Предлагает воспроизводимый протокол подготовки и тестирования адгезионной прочности на биологических тканях.
- Стандартизирует количественное измерение силы адгезии и долговечности во влажной среде.
- Позволяет проводить сравнительный анализ с коммерческими адгезивами для оценки готовности к внедрению.
Трансляционные и доклинические исследования
- Сопоставляет адгезионные свойства с моделями, релевантными заболеванию, такими как гемостаз in vivo при повреждении печени у мышей.
- Обеспечивает преемственность от подготовки материалов в лабораторном масштабе до доклинических испытаний эффективности.
- Снижает риски при принятии решений о дальнейшем продвижении, демонстрируя биоразлагаемость и функциональный гемостаз in vivo.
Интеграция в конвейеры и рабочие процессы
Данный протокол определяет место TAPE в технологическом цикле — от разработки биоматериалов до доклинической валидации, что позволяет проводить итеративную оптимизацию и сравнительный анализ для применения в хирургии и системах доставки лекарственных средств.
- Фундаментальная биология: Разъясняет механизм адгезии соединений растительного происхождения и биополимеров в условиях влажной ткани.
- Скрининг: Обеспечивает стандартизированные количественные показатели адгезии и долговечности для оценки перспективных кандидатов.
- Аналитика: Предоставляет кривые зависимости силы от расстояния и данные о сохранении массы для сравнения составов адгезивов.
- Трансляционные исследования: Демонстрирует гемостатическую эффективность in vivo и биоразлагаемость на соответствующих моделях животных.
- Применение в промышленности: Предлагает масштабируемый, экологически безопасный протокол, адаптируемый к различным технологическим цепочкам по созданию биоматериалов.
Операционное и корпоративное влияние
- Научная ценность: повышает точность прогнозирования адгезионных свойств и биосовместимости материалов.
- Операционная ценность: упрощает подготовку, стандартизирует тестирование и обеспечивает воспроизводимость результатов при работе различных групп исследователей.
- Стратегическая ценность: позволяет принимать обоснованные решения о целесообразности дальнейшей разработки биоматериалов и расширения портфеля продуктов.
- Влияние на портфель: снижает риски на поздних стадиях за счет ранней валидации адгезивной функции и биоразлагаемости в процессе разработки.
Особенности реализации
- Требуется опыт в области подготовки биоматериалов и количественного анализа адгезии тканей.
- Необходим доступ к стандартному лабораторному оборудованию для перемешивания, центрифугирования и испытаний на растяжение.
- Требуется межкомандная стандартизация протоколов подготовки тканей и измерения силы.
- Метод adaptable к различным моделям тканей и составам адгезивов для более широкого применения.
- Эффективность зависит от точных соотношений TA:PEG и условий окружающей среды, как показано в протоколе.
