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: דבק עוצר דמום אורגני בהשראת תרכובת ניכרת בכל היבט של צמחים עבור יישום כירורגי

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

אנו מתארים את הפרוטוקול הפשוט ביותר להכין דבק רפואי מתכלה שיש לו יכולת עוצר דמום יעילה. קלטת היא המצרפי מולקולרי מי immiscible המוכן על ידי ערבוב של חומצה טאני, תרכובת בכל מקום הנמצאת בצמחים, ו פולי (אתילן) גליקול, מניב 2.5 פעמים יותר הדבקה עמידה במים לעומת דבק הפיברין מסחרי.

Abstract

וידאו זה מתאר את הפרוטוקול הפשוטה להכנת דבק כירורגים מתכלה שיש לו יכולת עוצר דמום יעיל חוזק הדבקה עמיד במים יותר מאשר דבקי רקמה מסחריים. דבקים רפואיים משכו תשומת לב רבה כמו כלים חלופיים פוטנציאל תפרים ואת הסיכות בשל הנוחות שלהם בשימוש עם הפולשנות מינימאלי. אמנם ישנם מספר פרוטוקולים לפיתוח דבק רקמות כולל אלה זמינים מסחריים כגון דבקי הפיברין וחומרים מבוססים cyanoacrylate, בעיקר הם דורשים שורה של סינתזות כימיות של מולקולות אורגניות, או שיטות חלבון טיהור מסובכות, במקרה של חומרים מונעים ביו (כלומר, דבק הפיברין). כמו כן, פיתוח דבקים כירורגית מפגין תכונות הדבקה גבוהות תוך שמירה על פריקות ביולוגיות היא עדיין אתגר בשל קשיים בהשגת ביצועים טובים בסביבה הרטובה של הגוף. אנו להמחיש שיטה חדשה להכיןדבק רפואי, המכונה TAPE, על ידי ההפרדה מבוססת במשקל של המצרפי מולקולרי מי immiscible נוצר לאחר ערבוב פיזי של מולקולה דבקה צמחית, רטובה עמידה, T annic מזהה לקוח (ת"א), ובאר-ידוע biopolymer, פולי (אתילן) גליקול (PEG). עם הגישה שלנו, TAPE מראה חוזק הדבקה גבוהה, שהוא פי 2.5 יותר מאשר דבק הפיברין מסחרי בנוכחות מים. יתר על כן, TAPE מתכלה בתוך מצבים פיזיולוגיים יכול לשמש דבק עוצר דמום חזק נגד דימום רקמות. אנו מצפים כי השימוש הנרחב של TAPE במגוון הגדרות רפואיות יישומי משלוח סמים, כגון ופולימרים-הידבקות muco, מחסני סמים, ואחרים.

Introduction

בתוך העשור אחרון, נעשו מאמצים להחליף תפרים ואת סיכות כירורגיות נוכחיים לסגור פצעים עם דבקים מתכלים / bioabsorbable בשל הנוחות שלהם שימוש הפולשנות רקמות נמוכות במהלך טיפולים כירורגיים. זמין מסחרי רקמות-דבקים מסווגים לארבעה סוגים: (1) נגזר cyanoacrylate 1, (2) דבקי הפיברין נוצרו על ידי המרה אנזימטית מן פיברינוגן כדי הפיברין פולימרים ידי תרומבין 2,3, (3) חומרים מבוססי חלבון כגון כימי או פיזי אלבומין צולב ו / או ג'לטין 4,5, ו (4) סינטטי פולימר המבוסס אלה 6. למרות שהם כבר בשימוש ביישומים קליניים רבים, יש כל הדבקים חסרונות העצמיים שלהן ואת חסרונות שיכולים להיות מכשולי השימוש הנרחב שלהם. דבקים מבוססי Cyanoacrylate להראות חוזק הדבקה גבוהה לרקמות, אבל שלהם רעילים תוצרי לוואי כגון cyanoacetate פורמלדהיד נוצרו במהלך השפלה, לעיתים קרובות לגרום סימןמעלות ificant של תגובות דלקתיות 7. דבקי פיברין ואלבומין או חומרים מבוססים ג'לטין יש בעיות בטיחות בנוגע להעברת רכיבים זיהומיות, כגון וירוסים מן החי: פלזמת דם אדם עבור דבקי הפיברין וחיות כוללים בקר, עוף, חזיר, ודגים עבור דבקים מבוססים ג'לטין 8. למרות דבקים סינתטיים כמה מבוססי פולימרים אושרו על ידי מינהל המזון והתרופות האמריקאי (FDA), רוב דבקים פולימרים סינתטיים תמשיך להיתקל בקשיים למזער את השלבים בתהליך הייצור והשגת biocompatibility 9. והכי חשוב, כל הדבקים סובלים חוזק מכני הידבקות עני לרקמות רטובות 10. לאחרונה, דבקי רקמת biomimetic בהשראת מולים ימיים 11-13, שממיות 14, שממית עם שבלול 15, ותולעי endoparasitic 16 כבר המתעוררים חלופות מבטיחות באשר דבקים רפואיים נוכחיים בשל מכאני המתכונן שלהםתכונות דבקות עם התאמה ביולוגית. עם זאת, עד עצם היום הזה, עדיין יש בעיות להיות מטופל לפני שהן הופכות מוצרים מסחריים 17.

כאן אנו מדווחים סוג חדש לגמרי של דבק רפואי הנקרא TAPE כי הוא הוכן על ידי מליטת המימן מולקולאריים בין מולקולה דבקה צמחית, חומצה טאנית (ת"א), ו פולימר ביו-אינרטי midi (אתילן גליקול) (PEG), כשמו כן. ת"א היא טאנין hydrolysable נציג נמצא בכל מקום בגוף במהלך המטבוליזם המשני של צמחים. זה משך תשומת לב רבה בשל החמצון אנטי שלה, אנטי מוטגנים, ונוגדות מסרטנים הוכח להשתתף באינטראקציות מולקולריות עם פולימרים רבים, כגון פולי (N -isopropylacrylamide) (PNIPAM) ו poly (N - vinylpyrrolidone) (PVPON), כדי ליצור שכבת-ידי שכבתי (LbL) סרטי 18-20 סמים משחררים microcapsules 21-23. במחקר זה, אנו מגלים כי ת"א יכולה לשמש יעילעמיד במים מחצית פונקציונלי דבק כדי ליצור דבק רפואי, TAPE. על ידי ערבוב פשוט עם TA, פג פולימר בלתי עכירות הופך דבק מולקולריים עם פי 2.5 חוזק הדבקה מוגברת לעומת דבק הפיברין מסחרי, הידבקות זו נשמרה לאורך עד 20 מחזורים של התקשרות וניתוק, אפילו בנוכחות של מים . היכולת עוצר דמום שלה נבדקה על מודל דימום כבד in vivo והראתה יכולת עוצר דמום טוב כדי לעצור את הדימום תוך מספר שניות. TAPE יש משמעות משמעותית שלה בתחום שקשור כמו דבק הצמחי הראשון אשר יכול לחשוף תובנות חדשות לפתרון החסרונות של הבעיות הנוכחיות עם גישות ביו-השראה. כמו כן, אנו צופים כי השימוש הנרחב של TAPE במגוון יישומים רפואיים ותרופות כגון-דבקי muco, טלאי שחרור תרופות, תחבושות פצע טיפול, ואחרים בשל שיטת הכנה הפשוטה שלה, מדרגיות, שיעור ההתכלות מתכונן, כמו גם adhes רטוב עמיד מאודנכסי יון.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

כל טיפול הניסויים בבעלי החיים מבוצעים בהתאם לפרוטוקול האתי שמספק (המכון המתקדם קוריאה מדע והטכנולוגיה) KAIST IRB (דירקטוריון סקירה מוסדי).

1. גיבוש TAPE

  1. להכנת פתרון ת"א, למקם בקבוקון זכוכית 4 מ"ל בגודל על בוחש מגנטי, ולהוסיף 1 מ"ל של מים מזוקקים עם בר בחישה. הוסף 1 גרם של חומצת טאני הבקבוקון, לפזר אותו בתוך המים על ידי ערבוב עדין ב 200 סל"ד במשך יותר מ 1 hr. כאשר ת"א נמסה לגמרי, התערובת הופכת שקופה עם צבע חום.
  2. הכן פתרון PEG על ידי הוספת 1 גרם של אבקת PEG (4-נשק, 10 kDa, ולינארית, 4.6 KDA) עד 1 מ"ל מים מזוקקים ואחריו ערבוב אותם על ידי vortexing במשך כמה שניות כדי לעשות slurry לבן. שמור slurry זה בחממה ב 60 מעלות צלזיוס במשך 10 דקות. עד אחד לבן הופך לגמרי ברור.
    הערה: נקודת ההתכה של PEG עם 10 משקל מולקולרי kDa היא סביב 55- 60 ° C, ואת אחד 4 kDa הוא 53 - 58 ° C. נמס PEG הופך-בליל מים כך ריכוז גבוה של PEG במים עד 1 גרם / מ"ל ​​ניתן להשיג כפתרון ברור. לאחר פתרון PEG ברור נוצר בטמפרטורה גבוהה, הפתרון הוא עדיין יציב בטמפרטורת חדר לאחר הקירור.
  3. להוסיף 329 μl של PEG (4-נשק, 10 KDA) פתרון מוכן בשלב 1.2 ל 671 μl של פתרון ת"א מוכן בשלב 1.1 (במקרה של PEG ליניארי עם 4.6 kDa, להוסיף 311 μl של פתרון PEG כדי 689 μl של פתרון ת"א) בצינור מיקרו צנטריפוגות. בעדינות למזג את שני פתרונות צמיגים ודבש דמוי עם מרית צרה לערבב אותם בצורה הומוגנית.
    זהירות: שני הפתרונים הם די צמיגים, אז המדען חייב לאט אבל מספיק להרים ולהעביר פתרונות עם micropipette.
  4. ספין את התערובת מוכנה בשלב 1.3 ב 12,300 XG במשך 3 דקות בצנטריפוגה מצוידת הרוטור קבוע זווית.
  5. בזהירות remove כמה שיותר supernatant ככל האפשר באמצעות micropipette, לאסוף את המוצר אשר התיישבו: זהו TAPE נוצר באופן מלא. לאחר היווצרות TAPE, לאחסן אותו במקרר (4 - 8 ° C) עד מספר שבועות הערה:. TAPE ניתן לעקר על ידי קרינת גמא או טיפול אלומת אלקטרונים לפני השימוש ביישומים כירורגית.

מדידה 2. של חוזק הדבקה של TAPE

  1. הכן שתי חתיכות של רקמות עור חזיריות בקוטר של 6 מ"מ על ידי חיתוך עם ביופסיה לאחר הסרת כל השומן על רקמת העור.
    ההערה: רקמת העור החזירית הושגה מעור אגף חזירי בריא נרכשה שוק בשר מקומי הממוקם Daejeon בדרום קוריאה.
  2. החל דבק cyanoacrylate מסחרי לצד החיצוני של כל רקמות, ולצרף את הרקמה למוט מתכת.
    הערה: מוט המתכת משמש כידית משלים כך רקמותמחדש לא אחז ישירות על ידי מכונה. בהתאם לכך, זה יכול להיות מוחלף עם חומרים אחרים לאחר התצורה של מכונת המתיחה.
  3. החל ירידה של TAPE (ירידה של הקלטת הוא כ 3 - 6 מ"ג) לצד אחד של הרקמה. לאחר מכן, להפיץ את הקלטת באופן אחיד בעזרת רקמות נוספות בין שתי הרקמות על הדפנות הפנימיות שלהם, כך הם מחוברים כמוצג איור 2 א.
  4. ואז, באופן ידני לצרף ולנתק שני הצדדים של רקמות מספר פעמים כדי לערבב homogenously ולמקסם את ממשק בין כל רקמות TAPE.
  5. עם UTM, אחיזה בזהירות בכל צד של המוט. כוחו ההידבקות ייקבע על ידי הכח הדרוש כדי לנתק שתי רקמות מצורפות עם TAPE. ראשית, להפעיל כוח של 20 N 1 דקות. לאחר מכן, עם המכונה, למשוך כל מוט בכיוון הפוך בשיעור של 1 מ"מ / דקה. עד הרקמות מנותקות לחלוטין.
    הערה: נתונים יינתנו בתור למרחקי כוח (FD) עקום זוהה על ידי התנועהשל כל מוט.
  6. חשב את החוזק הדבק של TAPE ידי חלוקת הכח המקסימאלי (kN) הראה בעיקול FD מושג בשלב 2.5 ידי שטח פן הדגימה, כלומר, 3.14 x (0.003 מ ') 2.
  7. לניטור החוזק הדבקה בנוכחות מים, להוסיף 20 μl של מים על האזור המנותק בין שתי רקמות, ולצרף אותם מייד. עם המכונה, לבצע את בדיקת הניתוק שוב.

3. מבחן הביזוי חוץ-גופית

  1. חותכים כיפה (ד = 8 מ"מ) של צינור מיקרו צנטריפוגות, ולשקול את הכובע להגדירה ג W.
  2. מלא את הכובע עם 150 מ"ג של TAPE, ולשקול הכל ביחד שוב להגדיר את זה בתור משקל ההתחלתי הכולל W 0.
    זהירות: אל תעמיס TAPE בכובע. גובה TAPE צריך להיות נמוך מחלקו העליון של הכובע, כפי שהוא יכול להיות מכשול פיזי כדי זרם של חיץ PBS הנוצרים בתהליך הערבוב במהלך הדגירה בשלב 3.4.
    3. 2), ולהוסיף 50 מ"ל של חיץ PBS (1x, pH 7.4) אל הבקבוק תרבית תאים כך TAPE בכובע הוא שקוע לחלוטין חיץ PBS, כפי שמוצג באיור 3 א (n = 5).
  3. דגירה בקבוק תרבית תאים מוכן בשלב 3.3 באינקובטור רועד מסלולית ב 37 ° C, בדומה בתנאים פיסיולוגיים, עם ערבוב עדין (50 סל"ד).
    זהירות: שמור את מצב הערבוב ב 50 סל"ד. סל"ד גבוה עלול לגרום לקריסה של TAPE.
  4. בכל נקודת זמן, לקחת את הכובע עם TAPE מבקבוק תרבית תאים, ולאחר מכן לייבש אותם על ידי פיצוץ גז חנקן. לשקול את הכובע המכיל TAPE הנותרים. הגדר את המשקל בכל נקודת זמן כדי W t. החזר את PBS הטרי שוב, ולנער אותו שוב לאחר מדידת W t בכל נקודת זמן.
  5. חשב את משקל נותרים היחסי (%) המשוואה הבאה.
    משקל שנותר יחסית (%) = (t W ג W) / (W 0 - W ג) x 100%

היכולת של TAPE 4. עוצר דמום

הערה: כל הניסויים בבעלי החיים צריכות להתבצע בהתאם להנחיות הפרוטוקול אתי הניתנות על ידי משרד קוריאני בריאות והרווחה.

  1. כדי להעריך את היכולת עוצר דמום vivo, דרג את המודל הכבד דימום העכבר כמתואר נ"צ 24.
  2. להרדים חמש עשרה עכברים (עכבר ICR נורמלי, 6 שבועות, 30 - 35 גרם, זכר) עם זריקה intraperitoneal של zolazepam tiletamine (33.333 מ"ג / ק"ג) ו xylazine (7.773 מ"ג / ק"ג) (n = 5 לכל קבוצה). כדי לאשר הרדמה ראויה, לצבוט את הכפה של החיה בעדינות ולבחון תנועות כמו משייכת הכף, וכו 'אין תנועה עולה כי בעל החיים הוא הרדים מספיק לעשות ניתוח.
  3. כדי למנוע יובש של העיניים של החיה, להחיל משחת וטרינר לעיניים מספיק זמן תחתesthesia. לחשוף את הכבד דרך חתך בבטן קו האמצע, ואת הזין הכבד עם מחט 18 G כדי לגרום לדימום.
  4. הסר את הדם זורם עם גזה סטרילי, ולשים 100 μl של קלטת או דבק הפיברין (בקרה חיובית) מיד באתר דימום.
    הערה: אין תפירה נוספת נדרשה לאחר החלת TAPE בשל מאפיינים דבק בו מאוד עמיד דם ברקמות פצע. לקבלת השליטה השלילית, ללא טיפול מתרחש באתר של דימום.
  5. בכל מקרה, לשים נייר פילטר עם מסה ידועה מתחת הכבד כדי לאסוף את הדם מאתר נזק. החלף את הנייר עם אחד טרי מדי 30 שניות במשך 4 פעמים (כלומר., 2 דקות).
  6. למדוד את המסה של דם נספג על כל נייר סינון נאספים מדי 30 שניות. לאחר ניסויים בבעלי חיים, להקריב את העכברים באמצעות המתת חסד מחנק 2 CO.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

הקלטת היא המצרפי מולקולרי כי נרגע לאחר centrifuging את התערובת של שני פתרונות מימיים המכילים ת"א (1 גרם / מיליליטר מים מזוקקים) ו PEG (1 גרם / מיליליטר מים מזוקקים) עם 2: 1 יחס נפח (איור 1 א). יחס ערבוב היא גורם מפתח בהשגת חוזק הדבקה גבוהה; כאשר TAPE נוצר על ידי 2: יחס ערבוב 1, 20 יחידות של קבוצת הידרוקסיל (-OH) ב -25 יחידות של ת"א אינטראקציה עם כל קבוצת אתר (-O-) ב PEG, וכתוצאה מכך היווצרות קשר מימן מולקולאריים הגבוהה ביותר עם מקסימום מאפייני הדבקה. הנותרים חמש יחידות של -OH נראה להיות נצרך על ידי קשרי מימן intramolecular עם קבוצות קרבוניל סמוכים (C = O) ב TA (איור 1B). כאשר אחד משני הרכיבים בסכום כולל העולה על 2: יחס הנפח 1, חוזק הדבקה הוקטן 25 בעיקר. מליטת מימן תהיה גם האינטראקציה ברמה המולקולרית הקריטית עם רקמות. שליטההבין מליטת מימן תוך מולקולרית בין ת"א ופגתי עבור הלכידות, ובין ת"א ואת הרקמות עבור ההידבקות יכולים להיות מנגנון מתקבל על דעת של TAPE בתור דבק כירורגים יעיל.

למדידת עוצמת ההדבקה, TAPE יושמה לראשונה בין כל צד epidermic של שני עורות חזיריים בקוטר של 6 מ"מ. בהמשך, מאחז על מכונת מתיחה באמצעות מוטות מחוברות מחוץ לכל עור חזירי, כמתואר באיור 2A. את הכח הדרוש כדי לנתק שני עורות חזיריים נמדד על ידי המכשיר בהעדר (התרשים 2B) והנוכחות של מים (איור 2 ג) לאחר כל 5 מחזורים של התקשרות וניתוק חוזרים ונשנים, עד 20 מחזורים. כוחו הידבקות במצב יבש היה כ -200 kPa ב במדידה לראשונה, ואף גדל לכ 250 kPa לאחר 20 מחזורים. בנוכחות מים שמוסיפים כל מחזור, הידבקות היה כ -90 kPa, אשר לאחר מכןירד ל 50 kPa לאחר 20 מחזורים. כוחו ההידבקות במצב רטוב היה נמוך מזה במצב יבש, אבל זה עדיין היה להשוות עם הדבק המסחרי, דבק הפיברין, שהיה כ -70 kPa נמדדת הגדרה זהה לשלנו בהיעדר המים 25.

הפריקות של TAPE נחקרו על ידי גרווימטריה במבחנה (איור 3). TAPE היה שקוע 1x PBS (pH 7.4) בשעה 37 ° C עם ערבוב עדין, אז המשקל הנותר בכל פעם נמדד עד 21 ימים. תמונות של TAPE הנותר בכל פעם גם מוצגות באיור 3 ב. הקלטת שנעשתה על ידי ערבוב ת"א ופגתי עם יחס של 1: 1 הייתה מושפלת לחלוטין לאחר 13 ימים, ו -42% של TAPE שנעשה על ידי שני מרכיבים עם 2: יחס 1 היה מושפל לאחר 21 ימים (איור 3 ג). שיעור השפלה נמצא בקורלציה הפוכה עם החוזק הדבק, משום השפלה מהר נובעת בעיקראינטראקצית מולקולאריים תחתונה, ואת המצב הזה יוצר חוזק הדבקה נמוך במקרה של TAPE, כאמור. אז התוצאה היתה כצפוי; TAPE מעורבב ידי 2: יחס 1 הראה השפלה איטית יותר מאשר על ידי יחס של 1: 1 כי כל -OH תגובתי ת"א וכל -O- ב PEG יצר את המספר הגבוה ביותר של קשרי מימן מולקולאריים. ביחס של 1: יחס 1, בסכום העולה על -O- ב PEG עשוי להחליש את הלכידות, וכתוצאה מכך שפלה מהר.

לבסוף, היכולת עוצר דמום של TAPE נחקר in vivo. TAPE יושמה לראשונה על הכבד העכבר מיד לאחר נזקי מחט 18 G, כפי שמוצג באיור 4 א. כמות הדימום במהלך 30 שניות ראשוניות לאחר הטיפול נאספה על ידי adsorbing דם על גבי נייר סינון והשוואה בשלילה (ללא טיפול) ובקרה חיובית (דבק הפיברין) (4B דמויות 4C). הסכום הכולל של הדימום היה גם calculated ידי איסוף כמות הדימום כל 30 שניות. עד שזה הפסיק. כפי שניתן לראות בתרשים 4D, דימום דוכא באופן משמעותי על ידי היכולת עוצרת דמום של TAPE (סכום הדימום הכולל היה רק 15.4% של מקרה המטופל) ולא מוצר מסחרי, דבק הפיברין (סכום הדימום הכולל היה 60.7% של המקרה המטופל ).

איור 1
איור 1: גיבוש TAPE (א) הפעולות סידורי של ביצוע TAPE. (סרגל קנה מידה: 0.5 ס"מ). (ב) תגובה כימית של היווצרות TAPE באמצעות מליטת מימן תוך והבין-מולקולרית. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 2
איור 2:. הדבקה חוזק TAPE על עור חזירי (א) תוכנית של הגדרה מדידה. (ב - ג) שינויי חוזק הידבקות במהלך התקשרות חזרה וניתוק על עור חזירי (ב) בהעדר ו- (ג) בנוכחות של מים. ברים שגיאה מייצגים את ממוצע ± סטיית תקן (SD) של 3 מדידות חוזרות (* p <0.05, ** p <0.01, *** p <0.001 ו **** p <0.0001, עם מבחן חד סטרי ANOVA). (Re-להדפיס באישור נ"צ 25.) אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 3
איור 3: קצב הידרדרות של TAPE ב פיסיולוגי תנאים (א) תמונה של הגדרת המדידה.. (ב) אוריה נציגOS של נותרי TAPE בכל מבחן שפל. (ג) השינויים ההמוניים% הנותרים לאחר פרק הזמן דוגר חיץ PBS 1x (pH 7.4) בשעה 37 ° C נבדק עד ל 21 ימים (ת"א: PEG = 2: 1 ו -1: 1) (n = 5 שגיאה, ברי ± סטיית תקן). נא ללחוץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 4
איור 4:. עוצר דמום היכולת של TAPE in vivo (א) התמונה המציין את היישום של TAPE על פני השטח של הכבד נפגע מחט 18 G. (ב) תמונות נציג מראות את כמות הדימום שני 30 ראשוני. לאחר הטיפול של TAPE, כמו גם על דרך השלילה (אין סוכן עוצר דמום) ובקרה חיובית (דבק הפיברין). סכום בר-כימות bleeדינג הוצגה (C). (ד) הסכום הכולל של דימום, נאסף מדי 30 שניות עד שהוא הפסיק. ברים שגיאה מייצגים את ממוצע ± סטיית תקן (SD) של 5 מדידות חוזרות (* p <0.05, ** p <0.01, *** p <0.001 ו- p **** <0.0001, עם-כיווני או דו-כיווני ANOVA בדיקה). (Re-להדפיס באישור נ"צ 25.) אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

פתחנו לסוג חדש לגמרי של TAPE בשם הדבק עוצר דמום בהשראת האינטראקציה המולקולרית עמידים במים של תרכובת polyphenolic צמחית, ת"א. ת"א הוא טאנין hydrolysable נציג שמשך משמעותי תשומת לב בשל תכונותיו האנטי-אוקסידנט, אנטי בקטריאלי, אנטי מוטגנים, ואנטי-מסרטנים.

תהליך יצירת TAPE הוא פשוט מאוד, וניתן להרחבה, וידידותי לסביבה, כפי שהוא רק ערבוב הצעד אחד של שני פתרונות מימיים ואחריו centrifuging ללא כל נהלים כימיים סינטטיים נוספים.

שני פרוטוקול ערבוב הרכיב הוא השיטה הכי האופיינית ופשוטה לגבש דבקי רקמה בשימוש במוצרים קונבנציונליים, כגון דבק הפיברין. הוא נוצר על ידי ערבוב פיברינוגן תרומבין ממש לפני החלים על רקמות 3. עם זאת, סינתזה כימית רבי שלבים נדרשה כדי להכין את מרכיבי דבק במקרה of דבק cyanoacrylate ודבקים סינתטי מבוססי פולימרים. בנוסף, כימיקלים רעילים מאוד ולפעמים מעורבים כרכיב אחד crosslink הרכיב השני מורכב כימית של מבשרי פולימריות חומרים מבוססי חלבון, לרפא באמצעות פורמלין המכיל glutaraldehyde ודבק resorcinol.

חומרים להירפא על ידי glutaraldehyde הראו גבוהים בתגובה דלקתית vivo על רקמות ריאה וכבדות במחקרים בבעלי חיים באמצעות ארנבונים, למרות שזה אושר על ידי ה- FDA עבור רקמות עורקות. דבק חומרים המכיל בפורמלין resorcinol סובל גם חששות רעילים הנובעות פורמלין מגיב עם רקמות סובבות 26.

הצעד צנטריפוגה הוא החיסרון היחיד של TAPE פיתוח כקובץ ב -forming באתרו, דבק בזריקות בגוף, אבל היתרונות ברכה של TAPE מבטיח שימוש חופשי, ענפה. שלב קריטי של היווצרות TAPE הוא כי הערבוב של שני מרכיבים אולילהיות מסובך מעט בגלל הצמיגות הגבוהה שלהם, אבל בסך הכל, כל אחד יכול להפוך ענקים סכומי TAPE בעקביות במעבדה ללא כל וריאציות תצווינה ל-תצווה.

כוחו של הידבקות TAPE היה גבוה פי 2.5 מזה של דבק מסחרי בשימוש נרחב, דבק הפיברין, ודימום המוני דוכא בהצלחה על ידי התקשרות דם עמיד של TAPE באתר הפצע במודל כבד-דימום העכבר שלנו in vivo. שיעור השפלה תכונות מכניות של הקלטת ניתן מתכונן יותר על ידי שימוש הקנים / רב-חמושים PEG כמו גם אחד קבוצות הקצה תפקודית שיש כגון אמין, carboxylate, ו epoxide. כוחו ההידבקות מקסימלית בנתונים שלנו היה מותאם על ידי היחס בין סוג אחד של PEG (4-נשק, 10 kDa ו -2 לנשק, 6.4 KDA) לת"א, אבל הוא צריך גם להיות מושפע קבוצות קצה תפקודי, מספרם של כלי נשק ועל משקל מולקולרי של PEG.

אנו מצפים TAPE שיכול להיות גם שימוש נרחב כמסוף בסמים adhesivדואר תיקון למטרות ריפוי הפצע, לא רק כסוכן עוצר דמום בזכות יכולתו לתמצת כימיקלים באמצעות הזיקה הידועה של ת"א למגוון של מקרומולקולות, כולל בסרום שור אלבומין 27, DNA 28, פולי (N -isopropylacrylamide) ( PNIPAM) 29, ומתכת יוני 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

Bioengineering גיליון 112 דבק כירורגי פוליפנולים טאנינים יתדות המוסטאסיס מתכלה
TAPE: דבק עוצר דמום אורגני בהשראת תרכובת ניכרת בכל היבט של צמחים עבור יישום כירורגי
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