(أ) استنادا الشيتوزان، ليزر المنشط لاصق رقيقة الجراحية، 'SurgiLux': إعداد ومظاهرات

Bioengineering

Your institution must subscribe to JoVE's Bioengineering section to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

 

Summary

وصفت تلفيق رواية، مرنة رقيقة لاصقة الجراحية من المكونات FDA المعتمدة، الشيتوزان وخضرة الإندوسيانين. ويتجلى هذا الترابط لاصقة للأنسجة كولاجيني من خلال عملية التنشيط بسيطة مع ليزر الأشعة تحت الحمراء المنخفضة الطاقة.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations

Foster, L. J., Karsten, E. A Chitosan Based, Laser Activated Thin Film Surgical Adhesive, 'SurgiLux': Preparation and Demonstration. J. Vis. Exp. (68), e3527, doi:10.3791/3527 (2012).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

الغرز هي تقنية بعمر 4،000 سنة التي تبقى 'الذهب القياسية "لإغلاق الجرح بحكم قوة على إصلاح (~ 100 كيلو باسكال). ومع ذلك، يمكن الغرز بمثابة عش للعدوى والعديد من الإجراءات غير قادر على إحداث إصلاح الجرح أو تتداخل مع تجديد الأنسجة وظيفية .. 1 الغراء والمواد اللاصقة الجراحية، مثل تلك القائمة على الليفين وcyanoacrylates، وقد وضعت كبدائل للالغرز لل إصلاح مثل هذه الجروح. ومع ذلك، والمواد اللاصقة التجارية الحالية أيضا عيوب كبيرة، تتراوح بين نقل الفيروسية وبريون وعدم وجود قوة إصلاح كما هو الحال مع الغراء الليفين، لسمية الأنسجة وعدم وجود توافق مع الحياة ومقرها لاصقة CYANOACRYLATE. وعلاوة على ذلك، والمواد اللاصقة الجراحية المتاحة حاليا تميل إلى أن تكون على أساس هلام ويمكن أن يكون تمديد أوقات علاج التي تحد من تطبيقها. 2 وبالمثل، فإن استخدام الليزر الأشعة فوق البنفسجية لتسهيل عبر ربط آليات في سول "أو البروتين على أساس الزلال"المقررات يمكن أن يؤدي إلى تلف الحمض النووي في حين الليزر لحام الأنسجة (LTW) يهيئ الضرر الحراري للأنسجة .. 3 وعلى الرغم من المواد اللاصقة الخاصة بهم والعيوب وLTW اعتقلت ذكرت ما يقرب من 30٪ من الجرح السوق إغلاق بما يزيد من 5 مليارات دولار أمريكي سنويا، شهادة كبيرة للحاجة إلى التكنولوجيا الغرز .. 4

في السعي للتكنولوجيا الغرز استخدمت الشيتوزان كما أننا مادة بيولوجية لتطوير فيلم ومرنة رقيقة، ليزر تنشيط لاصقة الجراحية ووصف 'SurgiLux'. هذه الرواية bioadhesive يستخدم مزيجا فريدا من المواد الحيوية والضوئيات التي وافقت ادارة الاغذية واستخدمت بنجاح في مجموعة متنوعة من التطبيقات الطبية الحيوية والمنتجات. SurgiLux يتغلب على جميع العيوب التي تلازم الغرز الجراحية ومواد لاصقة الحالية (انظر الجدول 1).

ونحن في هذا العرض الإبلاغ عن بروتوكول بسيط نسبيا لتصنيع وإظهار SurgiLuxفي تفعيل الليزر والأنسجة قوة اللحام. الأفلام SurgiLux الالتزام الأنسجة كولاجيني دون تعديل الكيميائية مثل عبر ربط من خلال التشعيع واستخدام الطاقة المنخفضة نسبيا (120 ميغاواط) ليزر الأشعة تحت الحمراء بدلا من ضوء الأشعة فوق البنفسجية. الأفلام الشيتوزان يكون نقطة جذب طبيعية، ولكن ضعف الكولاجين لاصقة ل(~ 3 كيلو باسكال)، ليزر التنشيط من الأفلام القائمة على الشيتوزان SurgiLux يؤكد على قوة هذا الالتصاق من خلال التفاعلات سلسلة البوليمر نتيجة التمدد الحراري عابرة. 5 دون هذه العملية 'تفعيل' ، تتم إزالة بسهولة الأفلام SurgiLux. وقد تم اختبار 6-9 SurgiLux سواء في التجارب المختبرية والحية على مجموعة متنوعة من الأنسجة بما في ذلك، العصب الأمعاء الأم الجافية، والقرنية. في جميع الحالات تبين لها توافق مع الحياة جيدة والضرر الحراري ضئيلة نتيجة لتشعيع. 6-10

Protocol

1. تحضير محلول SurgiLux

  1. إعداد 2٪ (V / V) حل حامض الخليك باستخدام الماء منزوع الأيونات في كأس زجاجي نظيف واستخدام غطاء تدفق الصفحي لتجنب التلوث.
  2. تزن 0.02٪ (W / V) من حامل اللون، خضرة الإندوسيانين، ICG، في أنبوب إيبندورف العقيمة، وضمان التفاف الأنبوب في احباط الفضة لمنع أي اختراق الضوء.
  3. باستخدام ماصة ونظيفة القابل للتصرف، ونقل ما يقرب من 1 مل من حمض الخليك المخفف الحل في أنبوب حل الصبغة، ويهز بلطف والحفاظ ملفوفة في احباط.
  4. نقل ICG solubilized في الكأس وإضافة 2٪ (W / V) من مسحوق الشيتوزان قبل إضافة النمام المغناطيسي العقيمة.
  5. تغطية الكأس مع Parafilm ثم لف في احباط الفضة، قبل خلط محتويات في حوالي 125 دورة في الدقيقة لمدة 72 ساعة في درجة حرارة الغرفة في الصفحي هود التدفق.
  6. نقل محتويات الطرد المركزي في أنابيب نظيفة وأجهزة الطرد المركزي على 15،000 XG لمدة 15 دقيقة في 4 درجات مئوية لإزالة أي particulaالشركة المصرية للاتصالات المسألة.
  7. نقل بعناية الحل SurgiLux الخضراء في كأس زجاجي نظيف، ثم تغطية باستخدام Parafilm التفاف في احباط الفضة، قبل تخزينها في الثلاجة لمدة 12 ساعة لزيادة اللزوجة من الحل.

2. الصب من أفلام SurgiLux

  1. باستخدام محقنة معقمة، الاستغناء 8 مل من الحل SurgiLux الباردة في طبق ونظيفة بتري قطرها 95 مم، وإمالة لوحة بلطف لضمان تغطية كاملة من قبل الحل. متفاوتة نسبة حجم حل لمنطقة الصب يسمح السيطرة على سمك الفيلم، انظر الشكل 1.
  2. إزالة أي فقاعات مرئية في حل باستخدام غيض من إبرة معقمة. تغطية الطبق في احباط الفضة ومكان في الثلاجة لإزالة أي بقايا ميكرون الحجم الفقاعات.
  3. بعد 20 دقيقة إزالة بعناية طبق بتري من الثلاجة، في مكان الصفحي هود التدفق، مع تغطية احباط الفضة وترك الحل لتتبخر لمدة 3 أسابيع.
  4. بعد التعاونmplete التبخر، والنتيجة الحواف الخارجية للفيلم SurgiLux الخضراء واضحة في طبق بتري وبلطف "قشر" الفيلم بعيدا عن سطح الطبق.
  5. ينبغي أن تكون مرنة فيلم SurgiLux والتلاعب بسهولة دون تمزق أو كسر.
  6. تخزين الأفلام SurgiLux دائرية في طبق بتري ملفوفة في احباط الفضة تحت الظروف الجافة حتى جاهزة للاستخدام.

3. تفعيل ليزر للأفلام لاصقة SurgiLux

  1. لإثبات عملية التنشيط سوف نستخدم الليزر على قطعة من النسيج مثل شريحة لحم بقري قطع إلى حجم 15 ملم واسعة و 20 ملم طول. تشريح الأنسجة في خط مستقيم باستخدام رقم 10 شفرة جراحية، لإنتاج 2 قطعة من 15 بنسبة 10 ملم.
  2. تقريبي قطعتين من النسيج بحيث يتم لمس حوافها لكن لا تداخل، وباستخدام قطعة من القطن أو الشاش، أي استيعاب بلطف السوائل الزائدة.
  3. المقبل، وقطع قطعة من فيلم SurgiLux 7 × 9 مم ووضع بعناية بالطول الفيلم عبر ف شطرحجاج من الأنسجة؛ ثم اضغط لأسفل برفق مع مسحة القطن الجافة.
  4. يتم تنشيط الأفلام SurgiLux باستخدام الليزر ديود الأشعة تحت الحمراء في تحديد 120 ميجاوات. وهذا هو ليزر IIIB فئة، ينبغي اتخاذ تدابير السلامة المناسبة، بما في ذلك استخدام نظارات السلامة المناسبة لجميع الموظفين.
  5. بدءا من الزاوية، وأشرق SurgiLux مع ليزر الأشعة تحت الحمراء التي حددت في 120 ميجاوات وحجم البقعة شعاع قطره 1 مم. تمرير شعاع بقعة خضراء على فيلم بمعدل حوالي 1 مم في الثانية الواحدة. تكرار هذه العملية مرتين أخريين التشعيع.

4. قوة التصليح

  1. تأمين بعناية ينتهي من الأنسجة في المشابك صك اختبار الشد. نحن تستخدم Mini55 INSTRON النظام مع 50 خلية تحميل نيوتن. تم حساب الحمل الأقصى، قوة الشد، والإرشاد في كسر باستخدام Bluehill برامج الكمبيوتر (USA). تم تحديد الوسائل لا يقل عن 10 من العينات = 10).
  2. تناول "الركود"وفصل ثم القطع الأنسجة بمعدل 1 مم في الثانية، حتى قطعتين من النسيج عقدت معا عن طريق قطاع SurgiLux منفصلة تماما.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

الطرد المركزي يؤدي إلى حل خضراء شفافة، مما يزيد اللزوجة بعد التخزين في 4-6 درجة مئوية. بعد الوقوف لمدة 3 أسابيع، يتم تحويل الحل الخضراء في فيلم SurgiLux الخضراء حوالي 20 ميكرون شفافة سميكة و، كما هو موضح في الفيديو، هو مرن بسهولة.

على أشعة الليزر مع والسندات فيلم SurgiLux إلى الأنسجة. ويمكن ملاحظة هذا عند حواف الفيلم حيث تظهر الأنسجة لتوقيع عقد توريد شعاع الليزر يمر عبر فيلم (الشكل 2). وينبغي أن يلاحظ أي تفحم أو الاجتثاث من النسيج والسينما. وينبغي على قوة الترابط من SurgiLux إلى الأنسجة تكون كافية لرفع القطع شطر من الأنسجة، وعندما يتم قياس قوة الشد يجب أن يكون حوالي 15 الجيش الشعبي الكوري عن الاختبار ذكرت هنا.

الجدول 1
الجدول 1. </ STRONG> مقارنة بين خصائص نظام SurgiLux المقترحة والمتاحة تجاريا الليفين الجراحية ومواد لاصقة CYANOACRYLATE.

الشكل 1
الشكل 1 الشكل البياني للSurgiLux الأغشية الرقيقة لاصقة وتلفيق عملية التنشيط؛. المقابلة للنص بروتوكول اضغط هنا لمشاهدتها بشكل اكبر شخصية .

الشكل 2
الشكل 2 الصورة (X20) عرض الفيلم SurgiLux رقيقة بعد تفعيل الليزر انضمت إلى الأنسجة الأمعاء البقري و "المقاولات" في شق النسيج (T A، B T: قطع منفصلة س الأنسجة و، I: شق، S: SurgiLux فيلم).

الشكل 3
الشكل 3 يبين الرسم البياني القوة التصاق الأنسجة المختلفة لاصقة: الشيتوزان والأفلام SurgiLux تطبيقها على الأنسجة، Tisseel (الليفين) والمواد الهلامية Histoacryl (CYANOACRYLATE) تطبق على الأنسجة.

الشكل 4
الشكل 4 micrographs الإلكترون المسح الضوئي (SEMS) يوضح الخلايا المرتبطة الأفلام SurgiLux؛ الأنساب الخلية البشرية (أ) حاسة الشم خلايا مغمد [x1.5k]، (ب) الخلايا الليفية اللحمية [X500]، و (ج) الهيكل العظمي والعضلات الخلايا الجذعية المستمدة الفضائية [x1.7k]. اضغط هنا لمشاهدتها بشكل اكبر شخصية .

معشوقة = "jove_content" FO: المحافظة على together.within صفحة = "دائما"> الشكل 5
الشكل 5. الرسم البياني يبين التغيير في سماكة الفيلم مع زيادة حجم SurgiLux حل الصب (مل) ومنطقة الصب المستمر (7.09 × 10 3 مم 2).

الشكل 6
الشكل 6. مسح صورة مجهرية إلكترون (SEM) من فيلم يبين وجود "الحلمات" (SN) جاحظ من السطح (S).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

ويمكن الحصول على الشيتوزان في مجموعة متنوعة من الأوزان الجزيئية وبدرجات مختلفة من deactylation (DDA). قد تختلف في النقاء الشيتوزان يؤدي إلى وجود الجسيمات في حل SurgiLux، ويستخدم الطرد المركزي للقضاء على هذه وينبغي أن يؤدي إلى حل خضراء شفافة. ومع ذلك، يمكن أيضا أن تستخدم الترشيح كخطوة تلفيق المضافة أو البديلة. كما هو الحال مع أية معالجة المواد، والاختلافات، مثل الشيتوزان DDA والوزن الجزيئي، لها آثار على خصائص الفيزيائية والبيولوجية والمادية للأفلام SurgiLux الناتجة عن ذلك، بما في ذلك قوة الربط إلى الأنسجة.

عملية تصنيع لSurgiLux يسمح للاختلاف كبير. على سبيل المثال، تغييرات على نسبة حجم حل لمساحة الصب (مل: مم 2) يمكن استخدامها لضبط سماكة الفيلم يبين الشكل 5 زيادة في سمك خطية من الأفلام SurgiLux النهائي حيث بلغ حجم.وزادت من حل تصب في طبق بتري. وبالمثل، يمكن استخدام تعديلات على سطح الصب لتعديل مورفولوجيا سطح الفيلم. ويبين الشكل 6 وجود "الحلمات" ميكرون الحجم على سطح الفيلم SurgiLux. ويمكن استخدام مثل هذه التقنيات لإنتاج أسطح النموذجيه مختلفة لتحسين التصاق الأنسجة، ومنع الجراثيم مرفق الخلية وتشجيع إعادة الأنسجة 11 وعلاوة على ذلك، يمكن دمج مختلف عناصر نشطة بيولوجيا في عملية تصنيع لإنتاج فيلم لاصقة لتسليم المخدرات الإقليمية 10

ويلخص الجدول 1 مميزات هذه SurgiLux الأغشية الرقيقة نظام لاصقة مقارنة الليفين التقليدية ومواد لاصقة CYANOACRYLATE. في حين أن قوة إصلاح الأنسجة أقل من الغرز، SurgiLux يتجنب عيوب هذه التقنية العديد من الجرح إغلاق التقليدية وكذلك يحبذ التجارية الحالية لاصقة الجراحية.

قدرة SurgiLux إلى الأنسجة كولاجيني السندات المختلفة جنبا إلى جنب مع المرونة موادها توحي إمكاناتها في تنظير البطن، في حين أن براعة عملية تصنيع يعزز زيادة تطويره لتقديم الطلبات في هندسة الأنسجة والطب التجديدي.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

الإعلان عن أي تضارب في المصالح.

Acknowledgements

الكتاب يقر منحة من الصحة الوطنية ومجلس البحوث الطبية في استراليا (NHMRC # 1000674) لتعزيز LJR.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Chitosan Sigma-Aldrich 448877
Indocyanine Green Sigma-Aldrich I2633 Also known as Cardiogreen
Acetic acid Sigma-Aldrich 320099
Infra-red diode laser with fiber delivery. (808 nm, 120 mW, Beam core 200 μm) CNI Lasers Fc-808 Variable system up to 5 W power
Laser safety glasses CNI Lasers LS-G
Tensile testing apparatus Instron Pty Ltd 5542 50 N load cell

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Kjaergard, H. K. Suture support: is it advantageous. Am. J. Surg. 182, 15S-20S (2001).
  2. Lauto, A., Mawad, D., Foster, L. J. R. Adhesive biomaterials for tissue reconstruction. J. Chem. Tech. Biotech. 83, 464-472 (2008).
  3. Fung, L. C., Mingin, G. C., Massicotte, M., Felsen, D., Poppas, D. P. Effects of temperature on tissue thermal injury and wound strength after photochemical wound closure. Lasers Surg. Med. 25, 285-290 (1999).
  4. Piribo, Glues & Sealants: Industry Background Report. (2005).
  5. Lauto, A., Hook, J., Doran, M., Camacho, F., Poole-Warren, L. A., Avolio, A., Foster, L. J. R. Chitosan adhesive for laser tissue-welding: in vitro characterisation. Lasers Surg. Med. 36, 193-201 (2005).
  6. Lauto, A., Stoodley, M., Marcel, H., Avolio, A., Sarris, M., McKenzie, G., Sampson, D. D., Foster, L. J. R. In vitro and in vivo tissue repair with laser-activated chitosan adhesive. Lasers Surg. Med. 39, 19-27 (2007).
  7. Lauto, A., Foster, L. J. R., Avolio, A., Sampson, D., Raston, C., Sarris, M., McKenzie, G., Stoodley, M. Sutureless Nerve Repair with Laser-Activated Chitosan Adhesive: A Pilot in vivo Study. J. Photomed. Laser. Surg. 26, (3), 227-234 (2008).
  8. Marçal, H., Badylak, S. F., Sellaro, T. L., Lauto, A., Foster, L. J. R., Mahler, S. The coalescence of decellularized tissue scaffolds, laser-activated chitosan bioadhesive and olfactory ensheathing cells for tissue repair and regeneration of the spinal cord. Lasers Med. Sci. 23, (1), 96 (2008).
  9. Foster, L. J. R., Thomson, K., Marcal, H., Butt, J., Watson, S., Wakefield, D. A chitosan-vancomycin composite biomaterial as a laser activated surgical adhesive with regional antimicrobial activity. Biomacromolecules. 11, (12), 3563-3570 (2010).
  10. Shahbazi, J., Marcal, H., Watson, S., Wakefield, D., Sarris, M., Foster, L. J. R. Sutureless sealing of penetrating corneal wounds using a laser-activated thin film adhesive. Lasers Surg. Med. accepted 15/05/2011 Forthcoming.
  11. Meyers, M. A., Chen, P. -Y., Lin, A. Y. -M., Seki, Y. Biological materials: Structure and mechanical properties. Prog. Mater. Sci. 53, (1), 1-206 (2008).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics