Summary
さらに生体内で部分的な肝、将来工学を勉強するための前提条件としてラット生体内単一肝葉潅流モデルの新しい手術手技を確立します。
Abstract
臓器工学は、移植に使用できる肝臓臓器の代替を生成する新たな戦略です。最近生体内で肝臓エンジニア リング、体内臓器 decellularization 再作成が続くなどとして浮上している有望なアプローチ前のヴィヴォ肝エンジニア リング。ただし、術後は実現しなかった。本研究の目的体内肝エンジニア リングのための前提条件としてラット生体内で選択的肝葉灌流の外科的手法を開発することです。我々 は左葉外側を介してのみ回路バイパスを生成します。その後、左葉外側はヘパリン生理食塩水で灌流します。実験は 4 つのグループで実行されます (n = グループあたり 3 ラット) 20 分、2 h、3 h、4 h、生存の異なる灌流時の色の目に見える肉眼的変化と血液細胞の組織学的決定の不在に基づいて、ポータル トライアドと正弦波、成功モデルの構築のための指標として使用されます。左葉外側の選択的灌流後、左葉外側が淡い黄色への赤からになって確かに、遵守しています。組織学的評価の血液細胞が、正弦波、中心静脈、門脈の枝に表示されません。左葉外側ブロックの船を再度開いた後赤に変わります。12/12 ラットは、1 週間以上のプロシージャを生き残った。最初の 1 週間以上の長い生存期間を持つ単一の肝葉灌流の生体内での外科的モデルを報告しております。以前に発行されたレポートと対照をなしてここで示した手法の最も重要な利点は、全体の手順全体で 70% の肝の灌流を維持します。この手法の確立は、体内のラット、decellularization、recellularization などの部分的な肝工学の基盤を提供します。
Introduction
臓器移植の適応は常に拡大しています。対照的に、臓器提供率が、臓器全体の品質が低下して移植の需要の増加に 。肝移植待機リストに追加される候補者の数が増加し (例えば、アメリカ合衆国で 11,340 患者は、2016 年に追加されたに比べ 10,636 2015 年)1。相当な努力にもかかわらず、利用可能な臓器の数は、臨床ニーズを満たしていません。肝臓病の増加率のため多くの患者末期肝疾患死ぬ前にドナーの臓器移植待機リスト登録が可能になります。生体肝移植のための巨大な需要を満たすためには、エンジニア リングの原則を積極的にされている肝臓のティッシュを使用して代替アプローチは2を追求しました。今日では、肝工学の新しく開発された生物学的手法は、この不足を克服すること可能性があります。
肝エンジニア リングは 2 つの手順で構成されています: 無細胞の足場は、足場の再作成後の世代。生物学的無細胞性肝の足場を得るためには、explanted 肝臓は灌流を介して肝臓から細胞材料を除去できるイオン性または非イオン性洗剤と血管系です。ほとんどの前の研究で生物学的無細胞性肝足場はドデシル硫酸ナトリウムと TritonX100 の組み合わせで肝臓の血流によって達成されました。その結果、細胞外マトリックスの構造が維持されたに対し、すべてのセルが削除されました。オルガン足場が成熟細胞、肝細胞、血管内皮細胞、肝細胞血管内皮細胞や間葉系幹細胞 (MSC) の同時適用の有無で再シード。ほとんどの研究者は焦点体外肝エンジニア リング3,4,5,6,7,8,9,10、 11,12,13,14。ただし、前の調査、再作成される足場キューブの小さな部分のみが異なる異所性着床に移植されました。いくつかの研究に部分的な再作成される足場は補助グラフトとして移植されました。ただし、最大報告された生存時間は 72 h8,14だけだった我々 の知る限り、再作成される全肝移植の同所性同種移植がまだ実行されたりについて出版しました。長期的な機能と人工臓器の移植もまだ初期段階の。したがって、前のヴィヴォ肝工学への代替アプローチが必要です。
工学生体内で肝臓が生理的条件下で肝の再作成を研究する代わりにあります。生体内で肝臓工学エンジニア リング前のヴィヴォ肝に比べての利点は多様です。生体内で再作成の部分肝足場は、適切な温度、十分な酸素、栄養素、および人工培養液で灌流前のヴィヴォと対照をなして成長因子の生理学的、血液灌流を受けます。さらに、残りの部分の正常肝主長期生存を許可する、肝機能を維持します。その体内部分肝 engineeringwould 最終的になって思い描いて注入前のヴィヴォ設計肝移植はまだその肝機能8で実験動物の長期生存を維持ことが可能なので、さらに前のヴィヴォよりも長く生存観測と人工肝臓の進化を研究する有望なモデル。
最近では、1 つの研究グループ (パンや同僚) 手法を提示した、初めて、工学生体内で肝臓の。彼らは解剖学的および技術的な課題にもかかわらず生きているラットの右下肝葉の単離灌流を達成しました。彼らは、生体内で再作成がラット一次培養肝細胞系を使用しての最初の術中の結果を報告しました。ただし、パンらの体内手術用灌流モデル欠点があります。彼らは単一の肝葉潅流ラット門脈・下大静脈、動物に深刻な害を引き起こす可能性がありますが完全にブロックを犠牲にして達成しました。実験的ラットが術中の観察時間のわずか 6 時間後犠牲になった。したがって、肝葉体内灌流法がさらに術後生存率を達成するために改善が必要。
体内肝葉潅流、ラット16、門脈穿刺でマウス17、および生体肝の血行動態モニター法の肝の解剖学の以前の研究に基づく小説生存モデル開発を行った18,19.図 1A - 1Eにプロシージャの主な手順を示します。
この手法は化学切除臓器疾患として薬の注入、生体内でdecellularization 部分臓器治療に関する基礎的研究にこの実験的体内灌流モデルを使用する人のために適している (など、肝臓癌)、体内細胞の培養前のヴィヴォ二次元と三次元を比較する decellularized マトリックス細胞培養システム20,21,22,23,24,25,26, と体内肝 decellularization と再作成によるエンジニア リングします。
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Protocol
ハウジングと実施のすべてのプロシージャはドイツの動物保護の立法に従いでした。ガーゼ、カバーの服、手術器具はオートクレーブと操作の前に準備されました。無菌条件下ですべての手順を実行します。
1. 手術のラットの準備
- 部屋に誘導ラットを置き、イソフルラン気化 4% と 100% 酸素 0.5 L/分、約 3 分間のラットの麻酔ラットの麻酔が完全になるまで。
- 誘導室からネズミを取るし、その体重を測定します。
- 腹部外科領域の毛を剃る。
- 裏では動物を麻酔を深めるためにさらに 2 分間イソフルラン室に配置します。
- ラットを仰臥位での操作表に配置します。
- ラットの河口域に麻酔マスクを修正し、イソフルラン気化 2% と 100% 酸素 0.5 L/分の流量で連続的なガスの流れと麻酔動物を維持します。
- テープの断片で手足を固定します。
- 乾燥を防ぐために両方の目に獣医軟膏を適用します。
- ブプレノルフィンを管理 0.05 mg/kg 皮下、運用期間中に痛みを和らげるために。
- 70% アルコールの 2 ラウンドに続いてヨード チンキの 3 ラウンドは、腹部の手術野を消毒します。
- 場所は滅菌ガーゼのみ公開される腹部の操作フィールドのままに切開する場所周辺です。
- ラットのつま先ピンチ逃避反射がない場合は、操作の実行に進みます。
2. ラットの開腹
- 横腹部皮膚と筋肉の切開はさみや電気凝固装置を使用してください。
- 修正し、4-0 ポリプロピレン縫合糸を使用しての頭に向かって、剣状突起をプルします。
注: は、肝臓より良い公開する垂直方向に剣状突起を持ち上げるが、重度の呼吸制限や窒息を避けるために慎重に進むに注意を払います。 - 肝臓を公開する 2 つの弓下フックで頭に向かって腹部壁の両側に引いて腹膜腔を開きます。
- 十二指腸や乾燥を避けるために湿らせたガーゼで腹腔内で小腸をカバーします。
- 湿らせたガーゼを使用して左と右中央葉を持ち上げ、肝門部より良い公開する胸郭に対してそれらを保持します。
- 実体顕微鏡 (8 倍) でラットを配置します。
- ドロップいくつかの温かい生理食塩水に腹部、肝臓や腸の表面に数分おき、全体の手順中に乾燥防止のため。
3 左葉外側内バイパス通路の設置
- 左の門脈の解剖し、基地 (図 2 a) で 6-0 シルク縫合糸で縛る。
- 左中央の葉 (図 2 b) 液の流れを防ぐためにマイクロのクランプで左肝動脈、門脈左中央、左正中肝動脈および左中央胆管とともに左胆管をブロックします。
- マイクロのハサミで葉の周囲の靭帯を切断して左葉外側を区切ります。
- マイクロ クランプ (図 2) で左の外側の葉の基部にクランプして左の外側の肝静脈をブロックします。
メモ: は、間違えて左の門脈は同様でクランプしていないことを確認してください。 - 左の門脈の合字を保持し、静脈穿刺後の適切な緊張感を保つ使用蚊クランプ。
- 慎重に 24 G 針住居カテーテル (図 3 a) で穴をあけることによって左の門脈の前壁に切開を行います。
注: バイパスを作成するには、左の門脈, 肝静脈の血管アクセス ポイントが必要です。この手順では、はさみを使用して大きな切開を作成するのではなく、針で血管を穿刺してバスキュラー アクセスを作成することが好ましい。これは出血とその後の狭窄のリスクが減ります。 - カテーテルし、針無料 24 G カテーテルを取得するカテーテルから針を取る。
- 灌流管にカテーテルを接続、他のエンドポイントが 40 の 15 mL と 20 mL の注射器に接続するの U/mL ヘパリン血流ポンプの生理食塩水。
- チューブと針無料カテーテルから空気を排出するためのチューブを灌のポンプをオンに。
- 灌流ポンプをオフにします。
- 再度、左の門脈を介して静脈 (図 3 b) にパンクチャド切開に針無料カテーテルを挿入します。
注: カテーテルを固定するための非常に限られたスペースがあるという事実のため、この時点で固定されていません。したがって、外科医は、気をつけてください ● キャニュレイテッド カテーテルの変位を避けるために。 - 慎重に 22-24 G 針住居カテーテル (図 3) で穴をあけることによって左外側肝静脈の露出領域の余白に別の切開を作る。
注: カテーテルが血管よりわずかに小さいことをお勧めします。 - カテーテルし、針無料 22 G カテーテルを取得するカテーテルから針を取る。
- 経由で左葉外側にヘパリン生理食塩水を灌流する血流ポンプ流量を 0.5 mL/min で左の門脈の 24 G ● キャニュレイテッド針無料カテーテルを入れます。
- 左の外側の肝静脈切開周辺外流れる廃液を吸収するのにドライ ガーゼを使用します。
- Cannulate、左外側肝静脈を介して腹腔内汚染 (図 3 D) を最小限に抑えるためにコンセントの流体を生成する、22 G 針無料カテーテルで静脈のパンクの切開。
注: 肝葉 ● キャニュレイテッド カテーテルを修正する技術的に困難です。したがって、外科医は、カテーテルの変位を避けるために注意を払う必要があります。また、カテーテルを左外側肝静脈の穿刺なし廃液も吸収できるだけ乾いたガーゼで静脈切開部で。 - 約 20 分 (グループ 1) ヘパリン生食液左葉外側を灌を維持、その際 2 h、3 h、4 h (グループ 2、グループ 3、およびグループ 4 それぞれ) を生理食塩水に。
- 灌流を停止するポンプをオフにします。
4 左葉外側の生理的再灌流
- 門脈左と左の外側の肝静脈から両方のカテーテルを外してください。
- 11-0 ポリアミド縫合糸で左の門脈の切開を閉じる。
- 11-0 ポリアミド縫合糸同様で左外側肝静脈切開を閉じる。
- 左の外側の肝静脈をアンクランプします。
- 門脈の左中央、左胆管および左肝動脈をアンクランプします。
- 合字の左の門脈静脈を再開するを遮断します。
5. 腹部壁の閉鎖
- 4-0 吸収 polyglactin 910 縫合糸で縫合を中断して腹壁の筋層を閉じます。
- 4-0 polydioxanone 吸収性縫合糸で縫合を中断して腹壁の皮膚層を閉じます。
- 腹部を閉じた後 70% アルコールで皮膚切開を消毒します。
6. ラットの術後
- 地球温暖化パッド約 10 分間の蘇生のために動物を置き、新しいケージに入れます。
- ブプレノルフィンを管理 0.05 mg/kg 皮下 2 倍術後痛みを解放する連続した 3 d の日。
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Representative Results
12 男性 (高齢者 12 - 13 週) ルイス ・ ラット肝葉の選択的灌流の影響を評価するために使用されました。4 つのグループで実験を行った (n = グループあたり 3 ラット)。20 分の異なる血流期間を使用すると、2 時間、3 時間、4 時間、上記で説明した手順に従って達成すること単一葉潅流生体内で。
生体内で左葉外側の灌流:
門脈左左外側肝静脈と門脈左成功したヘパリン生理食塩水で灌流後外側肝静脈カニュレーションを確認ことができます左の正確な解剖学的同定。成功した識別、カニュレーションの最初のインジケーターは、出納の混合血が (図 4 a) 流体のコンセントを介して左葉外側から流れていた観測だった。成功した手術用灌流モデルはヘパリン生理食塩水で灌流後左の外側の葉の色の変化を観察することによって更に確認されました。左葉の外側の色は明るい赤から左葉外側からの血液の除去を示すかすかな黄色に変更。残りの葉の生理学的な灌流の維持を確認するには、残りの肝葉の色は左葉外側の血流中に常に観察されました。残りの肝臓丸い突出部 (図 4 b) の全体のプロセスの中で、鮮やかな赤い色を維持したまま、かすかな黄色を回す葉左葉外側の正しい血流となりました。
左葉外側の生理学的な再灌流:
血管の切開を閉じ、血管を再び開く後 ● キャニュレイテッド血管の開存性を評価するために左の外側の葉の色の変化が観察されました。いくつかの赤い斑点は、左葉外側 (図 5 a) 初期逆行灌流を示す左外側の肝静脈を再開後灌流かすかな黄色左外側葉の表面に登場。ターゲットを絞った葉後左肝動脈のマイクロのクランプをリリース後にさらに赤い斑点を示した、左肝内胆管、左右中央門脈, さらに経由で左葉外側の生理学的な血流を示唆、リニューアル オープンの面血管 (図 5 b)。対象肝葉の表面はその完全生理血流を介して門脈左 (図 5) 対象となる肝葉を取り戻したことを確認左の門脈を再開後濃い赤を回した
灌流左葉外側の組織:
後仕上げヘパリン生理食塩水または生理食塩水、(実験) として選択的灌流の左葉の外側 (コントロール) として通常劣った尾状葉切除しホルムアルデヒドと固定し、組織学的検討 (H を受ける& Estaining)。左葉外側にあるない明らかな血液細胞門脈、正弦波、および中心静脈の分岐に表示されます。予想通り、赤い細胞は (図 6 aと6 C) 肝動脈の枝に表示されていた。通常下尾状葉 (コントロール) としてで血液細胞大幅 (図 6 bと6 D) 中心静脈、正弦波、門脈の枝で観察されました。
生存率:
12 のうち 12 実験的ラットは 1 週間生存率は 100% になりました。ただし、3 の実験的ラット灌流の 4 時間を経た一時的に下痢に苦しんで、血まみれ術後 2 番目または 3 日目から放電します。
図 1: 手術の方式生体内で単一の肝葉潅流モデル。(A) これはラット肝解剖の図。(B) このパネルの左外側肝静脈、左中央門脈左胆管左肝動脈門脈左閉塞を示しています。(C) このパネルは、左の門脈の流体の入口と出口のカテーテルを左外側肝静脈カニュレーションを示しています。(D) このパネルは、灌流ポンプによる左の側葉とヘパリン生食液の灌流を示しています。(E) このパネルは左葉外側の葉ブロックの船を再開後の生理学的再灌流を示しています。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
図 2: 供給と排水左葉外側の血管の閉塞を示す術中画像。(A) このパネルは左の門脈枝の結紮を示しています。(B) このパネルは、マイクロのクランプで左肝動脈・左胆管・左中間門脈・肝動脈・胆管の閉塞を示しています。(C) このパネルは、マイクロのクランプ (白い矢印) で左の外側の肝静脈の閉塞を示しています。スケール バーは、1 ミリメートルこの図の拡大版を表示するにはここをクリックしてください。 。
図 3:術中画像左葉外側を通してバイパス循環します。(A) このパネル 24 G 針住居カテーテル穿刺による門脈左 (白い矢印) で切開を示しています。(B) このパネルは、24 G 針無料カテーテル (白い矢印) と流体入口左の門脈のカニュレーションを示しています。(C) このパネルは左外側肝静脈 (白い矢印) 22 G 針住居カテーテル穿刺による切開を示しています。(D) このパネルは、22 G 針無料カテーテル (白い矢印) と流体出口の左外側肝静脈カニュレーションを示しています。スケール バーは、1 ミリメートルこの図の拡大版を表示するにはここをクリックしてください。 。
図 4: 術中画像左葉外側の血流を表示します。(A) このパネル ショー出納、左葉外側経由入口 (黄色カテーテル) に流れると、左葉外側経由でコンセント (青いカテーテル) から流れ出る。左葉外側だった、確かに、選択的に灌流、葉 (白い矢印) の色の変化で示すように。(B) メモ左葉外側かすかな黄色の残り中ヘパリン生理食塩水で灌流後に肝葉の色の変化は、鮮やかな赤 (白い矢印) ままです。スケール バーは、1 ミリメートルこの図の拡大版を表示するにはここをクリックしてください。 。
図 5: 左葉外側の生理学的な再灌流します。(A) このパネルは左外側肝静脈 (白い矢印) を再開した後は左葉外側の逆行性血流を示しています。(B) このパネルは、門脈左中央と左肝動脈のクランプ, 外側葉 (白い矢印) マイクロを解放した後左の生理学的な再灌流を示しています。(C) このパネルは、門脈左と左中央の葉 (青の矢印) の虚血を再開後左葉外側 (赤矢印) の完全な再灌流を示しています。スケール バーは、1 ミリメートルこの図の拡大版を表示するにはここをクリックしてください。 。
図 6: 組織学的評価 (H & E 染色).(A 、 C) これらのパネルは、 (Aの血液細胞の不在を示すヘパリン生理食塩水灌流左葉外側 (実験的葉) の組織学的評価を表示) 門脈と正弦波、および (C)中心静脈。(A) 期待どおりにただし、赤血球が肝動脈 (黒矢印) で表示されます。(B 、 D) これらのパネルは、通常下尾状葉 (コントロール) がすべて血管構造の血液細胞の存在を明らかの組織学的評価を表示: (B) 門脈、肝動脈と正弦波 (黒矢印)(D) 中心静脈 (黒矢印)。スケール バーは、250 μ m です。
パラメーター | 結果 | |
研究グループ | パンら 2016 [15] | 自分のグループ |
生体内で | うん | うん |
ターゲット肝葉 | 右下葉 |
左葉外側 |
上大静脈と門脈閉塞 | うん |
違います |
残りの葉の虚血 | うん | 左中央の葉のみ |
大静脈カニュレーション | うん | 違います |
門脈のカニュレーション | うん | 違います |
門脈圧亢進症 | うん | 違います |
1 週間生存率 | 術中を犠牲に | 100% |
表 1.異なるモデル間の比較生体内で肝工学。このテーブルがパンらの間の 2 つのモデル施設で重要な違いを示してください。15我々 の研究グループ。
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Discussion
ブロックと流体の入口としてカテーテルを左の門脈と流体の出口として別のカテーテルを左外側肝静脈を cannulating、正常に生成した左葉外側内の体内流体バイパス示すテクニックは非常にチャレンジングなカニュレーションの容器のサイズが小さく、出血を引き起こすリスクが高いためが可能です。4 時間の長い灌流期を迎えているラットも生き残ったラットがこの手術を容認できることを示す、少なくとも 1 週間。
次のセクションでは、3 つの技術的に最も困難かつ重要なステップと正常にそれらを習得する方法について説明します。まず、対象となる門脈周囲の肝実質の位置関係が近いため、左の門脈枝の結紮と分離の過程で容器の分離は出血を引き起こす危険性が高い。我々 は慎重に左の門脈を取り巻く接続無血管組織を離れて引き裂くことによって左の門脈を分離するハサミではなくマイクロ鉗子を使用してお勧めします。第二に、左の門脈の前壁に切開面で切開修復の難易度と血管吻合術後後狭窄の原因のチャンス左の門脈の正面の壁に大型の切開が増加します。適切なサイズの切開を作るためのはさみではなく針住居カテーテルを使用をお勧めします。第三に、左の外側の肝静脈の露出した領域が正しくブロックされている場合はないであろう左外側肝静脈の閉塞をについて十分に後穿刺の左外側肝静脈上の領域を露出。私達は左外側肝静脈の露出領域の真ん中にではなく、左の中央の葉の近くに、クランプを実行されるべきである提案します。
我々 は選択的体内肝灌流パンらの間の 2 つのモデルを比較します。15と私たち (表 1)。まず、対象となる肝葉の選択は、モデルの構築の最も重要なステップと見なされます。体内手術用灌流モデル確立のためのターゲットを絞った葉としてむしろ隔離された葉、左葉外側を選択しました。対照的に、パンの研究グループは、モデル14の右下葉を選択しました。右下の葉を選択する欠点は、下記のとおりです: まず第一に、彼らは完全にブロックし、動物の血液の循環に悪影響を与える可能性があります流体のコンセントの上大静脈を cannulating 妥協しなければならなかった。第二に、彼らはブロックし、残りの肝葉、門脈圧亢進症の虚血を引き起こした入口の門脈を cannulate ならなかった。ここでは、対象とした葉左葉外側に比べて、我々 ブロック、流体出口の上大静脈ではなく左外側肝静脈を cannulated しました。流体入口を生成ではなく大径、左の門脈, を選択することにより解離、閉塞、穿刺を促進します。したがって、直接下大静脈と門脈への血流をブロックはラットの生存に重要であるここでは、提示されたモデルに避け.
生体内で肝葉潅流の偉大な可能性、にもかかわらずこの方法いくつかの制限があります。まず、左の内側の葉の虚血はプロセス中に左中央門脈の閉塞のため、避けられない。第二に、マイクロ クランプを使用左外側の葉の基部に一時的な封鎖状態に基づいて、これは、肺葉の基礎を取り巻く肝実質の損傷し、ヘパリン生理食塩水で灌流中に必然的にわずかな漏れを引き起こすに導くかもしれない。3 つの実験的ラット灌流時間は 4 時間にさらされた苦しんだ一時的に下痢と流血眼放電、多くの合併症も無くラット灌流の最大期間をことがあります 4 時間を示唆しているから。私たちの知る限り、少なくとも 3 時間は18前のヴィヴォ全体ラット肝 decellularization に必要です。したがって、我々 の目的を灌流時間の 4 時間足りるさらに肝葉 decellularization 肝工学細胞再肝の足場のための前提条件であります。
将来は、体内灌流モデルのこの手法がされる可能性があります実験研究で部分的な臓器治療のため"として、化学の切除として部分的なオルガン decellularization生体内での薬物注入による体内細胞の培養システム」、理工、おそらく最も重要なは、生体内での部分的な器官。
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Disclosures
著者が明らかに何もありません。
Acknowledgments
著者は解剖学研究所からイェンス Geiling を感謝したい私は、ラット肝臓の解剖の図を生成するためのイエナ大学病院。
Materials
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Perfusion Pump | |||
Perfusor VI | B. Braun, Melsungen | ||
Catheter | |||
Versatus-W Catheter | Terumo | SR+DU2419PX | 24G, 0.74×19mm |
Versatus-W Catheter | Terumo | SR+DU2225PX | 22G, 0.9×25mm |
micro surgical instrument | |||
micro scissors | F·S·L | No. 14058-09 | |
micro serrefine | F·S·L | No.18055-05 | |
Micro clamps applicator | F·S·L | No. 18057-14 | |
Straight micro forceps | F·S·L | No. 00632-11 | |
Curved micro forceps | F·S·L | No. 00649-11 | |
micro needle-holder | F·S·L | No. 12061-01 | |
general surgical instruments | |||
standard sissors | F·S·L | ||
mosquito clamp | F·S·L | ||
serrated forcep | F·S·L | ||
teethed forcep | F·S·L | ||
needle-holder | F·S·L | ||
suture | |||
4-0 prolene | ethicon | ||
4-0 ETHICON*II | ethicon | ||
6-0 silk | ethicon | ||
11-0 polyamide | ethicon |
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