키토산 기반, 레이저 활성화 박막 외과 접착제, 'SurgiLux': 준비 및 데모

Bioengineering

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Summary

소설의 제조, FDA 승인 재료의 유연한 박막 수술 접착제, 키토산, 녹색을 indocyanine이 설명되어 있습니다. 저전력 적외선 레이저로 간단한 인증 과정을 통해 collagenous 조직이 접착제의 결합이 입증되어 있습니다.

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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).

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Abstract

봉합은 수리 강도 (~ 100 KPa)의 미덕에 의해 상처 폐쇄에 대한 '황금 표준'남아 4,000년 오래된 기술입니다. 그러나, 봉합 감염의 근원 역할을 할 수 있으며 여러 절차에 상처 수리에 영향을 또는 기능 조직 재생을 방해 할 수 없습니다. 등 섬유소와 cyanoacrylates에 따라 그와 같은 외과 접착제와 접착제는 위해 봉합에 대한 대안으로 개발 된 이러한 상처의 수리. 그러나, 현재 상용 접착제는 조직 독성과 시아 노 아세틸렌 기반의 접착제에 대한 biocompatibility의 부족으로 섬유소의 접착제와 마찬가지로 바이러스와 prion 전송 및 수리 강도의 부족에 이르기까지 상당한 단점을 수 있습니다. 또한, 현재 수술 접착제는 젤을 기반으로하는 경향이 있으며 자신의 응용 프로그램을 제한 치료 시간을 연장 할 수 있습니다. 2 마찬가지로, UV 레이저의 사용이 단백질 기반이나 알부민 '솔의 상호 연결 메커니즘을 촉진하기레이저 조직 용접 (LTW)가 자신의 단점, 접착제 및 LTW에도 불구하고 조직에 열 손상. 3 predisposes 동안 ders의 'DNA 손상 될 수 있습니다 캡처 상처 폐쇄 시장의 약 30 %가 연간 미화 5 달러 억 초과로보고 sutureless 기술에 대한 필요성에 대한 중요한 증거 4.

sutureless 기술의 추구에서 우리는 유연한 박막, 'SurgiLux'이라고한다 레이저 활성 수술 접착제의 개발을위한 biomaterial로 키토산을 활용하고 있습니다. 이 소설의 bioadhesive는 FDA는 생물 의학 응용 프로그램 및 제품의 다양한 승인을 성공적으로 사용되는 biomaterials 및 포토닉스의 고유 한 조합을 사용합니다. SurgiLux는 봉합와 현재 수술 접착제 (표 1 참조)와 관련된 모든 단점을 극복.

이 프리젠 테이션에서 우리는 SurgiLux의 제조를위한 비교적 간단한 프로토콜을보고하고 설명의 레이저 활성화 및 조직 용접 강도. SurgiLux 영화는 교차 연결 및 조사를 통해 비교적 저전력 (120 MW) 적외선 레이저 대신 UV 라이트를 사용하는 화학 수정없이 collagenous 조직을 준수합니다. 키토산 영화가 콜라겐 (~ 3 KPa)에 자연 약한 접착제 매력을 가지고 키토산 기반 SurgiLux 영화의 레이저 활성화 과도 열 팽창의 결과로 폴리머 체인의 상호 작용을 통해이 부착의 힘을 강조하고 있습니다. 5이 '정품'절차없이 , SurgiLux 필름은 쉽게 제거됩니다. 6-9 SurgiLux은 신경, 내장, 경질 한 학교와 각막 등의 조직의 다양한 체외과 생체 모두에서 테스트되었습니다. 모든 경우에있어서 그 조사의 결과로 좋은 biocompatibility 및 무시할 열 손상을 보여 주었다. 6-10

Protocol

1. SurgiLux 솔루션의 준비

  1. 깨끗한 유리 비커에 탈 이온수를 사용하여 아세트산의 2 % (V / V) 솔루션을 준비, 오염을 방지하기 위해 층류 흐름 후드를 사용합니다.
  2. 발색단의 0.02 % (w / V)를 무게, 살균 Eppendorf 튜브에 ICG, 녹색 indocyanine, 튜브 등은 침투를 방지하기 위해 실버 호일에 포장되어 있는지 확인합니다.
  3. 깨끗하고 일회용 피펫 사용, 염료를 분해 부드럽게 흔들어서 호일에 싸서 보관 튜브에 희석 아세트산 솔루션의 약 1 ML을 전송하기 만하면됩니다.
  4. 비커에 solubilized ICG를 전송하고 살균 자기 교반기를 추가하기 전에 키토산 분말의 2 %를 (w / V)를 추가합니다.
  5. Parafilm로 비커를 커버는 층류 후드에 상온 72 시간에 약 12​​5 rpm으로 내용을 혼합하기 전에 실버 호일에 포장.
  6. 4에 15 분에 15,000 XG에서 깨끗한 원심 분리기 튜브와 원심 분리기로 내용을 전송 ° C 모든 particula를 제거하는테의 문제.
  7. 조심스럽게 깨끗한 유리 비커에 녹색 SurgiLux 솔루션을 전송 솔루션의 점도를 높이기 위해 12 시간을 위해 냉장고에 저장하기 전에 실버 호일에 포장 한 후 Parafilm를 사용하여 다룹니다.

2. SurgiLux 영화의 주조

  1. 멸균 주사기를 사용하여 95mm 직경의 깨끗하고 페트리 접시에 차가운 SurgiLux 솔루션의 8 ML을 투여하고, 부드럽게 솔루션 전체 범위를 보장하기 위해 판을 기울입니다. 주조 영역으로 솔루션 볼륨의 비율을 변화하면 막 두께의 제어를 허용, 그림 1을 참조하십시오.
  2. 멸균 바늘의 끝을 사용하여 솔루션에 보이는 거품을 제거합니다. 잔여 미크론 크기의 거품을 제거하기 위해 냉장고에 실버 호일과 장소에서 요리를 다룹니다.
  3. 20 분 후에 신중하게, 층류 후드에 냉장고에서 장소를 페트리 접시를 제거 실버 호일로 커버 3 주 동안 증발 할 수있는 솔루션을 둡니다.
  4. 공동 후거리에 접시 표면에서 영화 '껍질'부드럽게 mplete 증발, 점수는 배양 접시에 투명한 녹색 SurgiLux 필름의 바깥 가장자리합니다.
  5. SurgiLux 영화는 유연하고 쉽게 찢어 또는 한방울 흘리지 않고 조작해야합니다.
  6. 사용 준비가 될 때까지 건조 조건은 호일에 싸서 배양 접시에있는 원형 SurgiLux 필름을 저장합니다.

3. SurgiLux 접착제 영화의 레이저 활성화

  1. 레이저 활성화 과정을 설명하기 위해 우리는 다양한 15mm 및 20mm 길이의 크기로 절단 등 스테이크와 같은 소 조직의 조각을 사용합니다. 10mm로 15의 2 조각을 생산하는 10 번 수술 칼을 사용하여 직선의 조직을 해부.
  2. 대략의 가장자리가 닿지 아니라 중복 및 면봉이나 거즈를 사용하므로 조직의 두 조각이 부드럽게 초과 액체를 흡수합니다.
  3. 다음 SurgiLux 영화 7 X 9mm의 조각을 잘라 조심스럽게 bisected P에서 영화 길게 배치조직의 iece 한 후 마른 면봉으로 부드럽게 아래로 누르십시오.
  4. SurgiLux 필름은 120 MW의 설정에 적외선 다이오드 레이저를 사용하여 활성화됩니다. 이 클래스 IIIB 레이저이기 때문에, 적절한 안전 조치는 모든 직원에 대한 적절한 안전 안경의 사용을 포함하여 이동해야합니다.
  5. 구석에 시작, 120 MW로 설정 적외선 레이저와 1mm 직경의 빔 스폿 크기 SurgiLux을 비추다. 초당 약 1 mm의 속도로 녹색 필름을 통해 빔 스폿을 전달합니다. 조사 과정 두 번 이상 반복합니다.

4. 수리의 힘

  1. 조심스럽게 인장 테스트 악기의 클램프에있는 조직의 끝을 고정하십시오. 우리는 50 뉴턴로드 셀과 Instron Mini55 시스템을 사용하고 있습니다. 휴식의 최대 하중, 인장 강도, 및 확장은 Bluehill 컴퓨터 소프트웨어 (USA)를 사용하여 계산되었다. 최소 10 샘플의 수단 (N = 10)으로 결정됩니다.
  2. '여유'를 타고 위로 이동조직의 두 가지가 완전히 별도의 SurgiLux 스트립에 의해 함께 개최 될 때까지 다음, 초당 1 mm의 속도로 조직 조각을 분리합니다.

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Representative Results

원심 분리는 4-6로 저장 한 후 점도를 증가 투명한 녹색 솔루션 ° C.로 연결 3 주 동안 서 후, 녹색 솔루션은 동영상에서 보여준 것처럼, 약 20 미크론 두께 투명한 녹색 SurgiLux 영화로 변환되고, 쉽게 융통성이 있습니다.

조직에 레이저, SurgiLux 영화 채권과 방사선 주셔야합니다. 이것은 조직은 레이저 빔이 영화 (그림 2) 통과로 계약에 나타나는 영화의 가장자리에서 관찰 할 수있다. 조직 및 필름의 어떠한 charring 또는 박리가 관찰되지는 않습니다. 조직 SurgiLux의 접합 강도는 조직의 bisected 조각을 들어하기에 충분해야하며, 인장 강도를 측정 할 때 여기에보고 된 시험 약 15 KPa해야합니다.

표 1
표 1. </ strong>을 제안 SurgiLux 시스템과 상업적으로 이용 가능한 섬유소와 시아 노 아세틸렌 수술 접착제에 대한 특성 비교.

그림 1
그림 1은 SurgiLux 박막 접착제 제조 및 활성화 과정의 개략도,.. 프로토콜 텍스트에 해당이 큰 그림을 보려면 여기를 클릭하십시오 .

그림 2
그림 2 조직 절개 (T A, T B에 소 창자 조직과 '계약'을 준수 레이저 활성화 한 후 얇은 SurgiLux 영화를 보여주는 사진 (x20) :. 별도의 조각 OF 조직, I : 절개, S : SurgiLux 필름).

그림 3
그림 3 다양한 접착제에 대한 조직 접착 강도를 보여주는 그래프 :. 키토산과 SurgiLux 영화 Tisseel (섬유소)와 조직에 적용 Histoacryl의 젤 (시아 노 아세틸렌), 조직에 적용.

그림 4
그림 4 SurgiLux 필름에 부착 된 세포를 설명하는 전자 Micrographs (SEMS) 검사,. 인간의 세포 lineages (A) 후각 ensheathing 셀 [x1.5k], (b)는 stromal 섬유 아세포 [X500], 및 (c) 골격 근육이 파생 위성 줄기 세포를 [x1.7k]. 큰 그림을 보려면 여기를 클릭하십시오 .


그림 5. 증가 SurgiLux 솔루션 주조 볼륨 (ML)와 일정한 주조 공간과 막 두께의 변화를 보여주는 그래프 (7.09 × 10 3mm 2).

그림 6
그림 6. 표면 (S)에서 돌출 '유두'(SN)의 존재를 보여주는 영화의 전자 현미경 (SEM)을 검사.

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Discussion

키토산은 분자량 다양한과 deactylation의 다른도 (DDA)와 구할 수 있습니다. 키토산의 순도의 변화는 SurgiLux 솔루션의 미립자의 존재로 이어질 수 있으며, 원심 분리는 다음을 제거하고 투명한 녹색 솔루션을 초래한다 사용됩니다. 그러나, 여과는 추가 또는 대체 제조 단계로 사용할 수 있습니다. 와 같은 키토산 DDA와 분자 무게와 같은 자료 처리, 변화는 조직의 결합의 강도를 포함한 결과 SurgiLux 영화의 physiochemical, 생물 및 물질 특성에 대한 의미가 있습니다.

SurgiLux의 제조 과정은 상당한 차이 할 수 있습니다. 예를 들어, 주조 표면 지역에 솔루션 볼륨의 비율에 대한 변경 사항 (ML : mm 2) 필름 두께를 조정하기 위해 이용 될 수있는 그림 5 볼륨으로 최종 SurgiLux 필름의 두께에 선형 증가를 보여줍니다.의 페트리 접시에 부어 솔루션은 증가되었다. 마찬가지로, 주조 표면에 수정은 영화의 표면 형태를 수정하는 데 사용할 수 있습니다. 그림 6은 SurgiLux 필름의 표면에 미크론 크기의 '유두'의 존재를 보여줍니다. 이러한 템플릿 기법, 조직 접착을 개선 미생물 세포 부착을 방지하고 조직 재 통합을 촉진하기 위해 다양한 표면을 생성하기 위해 이용 될 수있다. 또한 11, 다양한 생물학적 활성 에이전트는 지역 약물 전달을위한 접착제 필름을 생산하는 제조 공정에 통합 할 수 있습니다. 10

표 1은 기존 피브린과 시아 노 아세틸렌 접착제에 비해이 SurgiLux 박막 접착 시스템의 장점을 요약 한 것입니다. 조직 수리의 힘이 봉합 미만이지만, SurgiLux이 전통 상처 폐쇄 기술뿐만 아니라 현재 선호 상업 수술 접착제의 많은 단점을 방지합니다.

제조 공정의 다양성이 조직 공학 및 재생 의료에 응용 프로그램의 발전을 촉진하면서 그 재료의 유연성과 결합 채권 다양한 collagenous 조직에 SurgiLux의 능력, laparoscopy 년에 가능성을 권장합니다.

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Disclosures

관심 없음 충돌이 선언 없습니다.

Acknowledgements

저자는 LJR 포스터로 국민 건강과 호주의 의학 연구 협의회 (NHMRC # 1000674)에서 교부금을 인정합니다.

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

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References

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