キトサンベース、レーザー活性薄膜外科用接着剤、 'SurgiLux':準備とデモ

Bioengineering

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Summary

小説の製造、FDAが承認した成分からフレキシブル薄膜外科用接着剤、キトサンおよびインドシアニングリーンが記載されている。低出力の赤外線レーザーで簡単なアクティベーションプロセスによりコラーゲン組織にこの接着剤の接着性を示す。

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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

縫合糸は、その修理強度(〜100 kPa)のおかげで、創傷の閉鎖のための "ゴールド·スタンダード"のまま4000年の古い技術である。しかし、縫合糸が感染の病巣として作用することができると多くの手続きにおいて創傷修復を行うか、または機能的な組織の再生を妨害することはできません。例えば、フィブリン及びシアノアクリレートに基づくものなど1外科接着剤および接着剤は、用縫合糸の代替品として開発されてきたこのような傷の修理。しかし、現在市販されている接着剤はまた、ウイルスやプリオン伝達とフィブリン糊と同様に修理の強度不足から組織毒性及びシアノアクリレート系接着剤のための生体適合性の欠如に至るまで、大きなデメリットがあります。また、現在利用可能な外科用接着剤は、ゲルをベースになる傾向があり、それらのアプリケーションを制限硬化時間を延長したことができます2同様に、 "タンパク質ベースまたはアルブミンゾル架橋メカニズムを容易にするためにUVレーザーを使用することレーザー組 ​​織溶接(LTW)が組織への熱損傷を素因としながら'がDNA損傷につながることができます。3はその欠点や接着剤、LTWもかかわらdersは、取得した創傷閉鎖市場の約30%は、年間50億ドルの過剰であることが報告縫合技術の必要性への重要な証し。4

縫合技術の追求では、柔軟性のある、薄膜、 'SurgiLux "と呼ばれるレーザーで活性化外科用接着剤の開発のための生体材料としてキトサンを利用してきた。この小説の生体接着剤は、FDAが生物医学アプリケーションと様々な製品で承認され、成功裏に使用されている生体材料、フォトニクスのユニークな組み合わせを使用しています。 SurgiLuxは、縫合糸と現在の外科用接着剤( 表1を参照)に関連付けられているすべての欠点を克服する。

本発表ではSurgiLuxの製作のための比較的単純なプロトコルを報告し、実証そのレーザーの活性化と組織溶接強度。 SurgiLux膜は、架橋と照射により比較的低パワー(120 mW)の赤外線レーザーの代わりに紫外光を使用するなど、このような化学修飾することなく、コラーゲン組織に付着する。キトサンフィルムがコラーゲン(約3 kPa)までの自然が、弱い接着剤の魅力を持っている、キトサンベースSurgiLuxフィルムのレーザー活性化は、過渡熱膨張の結果としてポリマー鎖間の相互作用を介してこの接着の強さを強調している。5は、この"活性化"のプロセスがなければ、SurgiLux膜が容易に除去されます6月9日 SurgiLuxが神経、腸、硬膜や角膜など、様々な組織に、in vitroおよびin vivoの両方テストされています。すべてのケースでは、優れた生体適合性と照射の結果として無視できる熱損傷を示した。6-10

Protocol

1。 SurgiLux溶液の調製

  1. きれいなガラスビーカーに脱イオン水を用いて酢酸の2%(v / v)の溶液を調製し、汚染を避けるために、層流フードを使用しています。
  2. 発色団の0.02%(w / v)を秤量し、滅菌エッペンドルフチュー​​ブに、ICG、インドシアニングリーン、チューブはどんな光の侵入を防ぐために、銀ホイルに包まれていることを確認します。
  3. きれいで、使い捨てピペットを用いて、色素を溶解そっと振るとホイルに包まれた保つためにチューブに希酢酸溶液約1mlを転送します。
  4. ビーカーの中に可溶化されたICGを移し、無菌のマグネチックスターラーを追加する前に、キトサン粉末を2%(w / v)を追加します。
  5. パラフィルムでビーカーをカバーした後、層流フード内で室温で72時間約125 rpmで内容物を混合する前に、銀ホイルで包む。
  6. 4℃で15分間、15,000×gでクリーンな遠心チューブと遠心分離機に内容を転送℃の任意particulaを削除するteの問題。
  7. 慎重にきれいなガラスビーカーに緑SurgiLuxソリューションを譲渡、溶液の粘度を高めるために12時間、冷蔵庫で保管する前に、銀ホイルで包むその後パラフィルムを使用してカバーしています。

2。 SurgiLuxフィルムの鋳造

  1. 無菌の注射器を用いて、95ミリメートル径のクリーン、ペトリ皿に冷たいSurgiLuxの溶液8mlを分配、ゆっくりと溶液によって完全なカバレッジを確保するためにプレートを傾けてください。鋳造領域に溶液体積の比を変化させること、膜厚の制御を可能にし、 図1を参照してください。
  2. 無菌針の先端を使用して溶液中で目に見える気泡を除去する。残留ミクロンサイズの気泡を除去するために冷蔵庫で銀箔と所定の位置に皿をカバーしています。
  3. 20分は慎重に冷蔵庫からシャーレを削除した後、層流フード内の場所は、銀ホイルで覆い、3週間蒸発するソリューションを残す。
  4. CO後にmplete蒸発、離れる皿表面からフィルム 'ピール'優しくスコアシャーレ内の明確な緑SurgiLuxフィルムの外側の縁と。
  5. SurgiLux膜が裂けたり壊すことなく、柔軟かつ容易に操作する必要があります。
  6. 使用直前まで、乾燥条件下で銀ホイルに包まれたペトリ皿に円形SurgiLuxフィルムを保管してください。

3。 SurgiLux接着フィルムのレーザー活性化

  1. レーザー活性化のプロセスを説明するために、我々はこのような幅15mmと20mmの長さのサイズにカットステーキなどウシ組織片を使用します。 10ミリメートルで15の2個を生成するために、数字の10外科用ブレードを使用して、直線で組織を切開する。
  2. おおよそそれらの縁が触れなく重なり、そして綿棒やガーゼを使用しているように、組織の2つの部分は、優しく余分な体液を吸収する。
  3. 次に、SurgiLux膜7×9 mmの部分をカットし、慎重に二分されたP間のフィルム縦に置く組織の電子通信学会論文誌、その後乾いた綿棒で軽く下に押します。
  4. SurgiLuxフィルムが120 mWの設定で赤外ダイオードレーザーを使用して活性化される。これはクラスIIIbのレーザーであるため、適切な安全対策を全職員に対して適切な安全メガネの使用を含めて、取られるべきである。
  5. 隅から、120 mWで設定赤外レーザーと直径1mmのビームスポットサイズとSurgiLuxを照射します。毎秒約1ミリメートルの割合で緑の膜上のビームスポットを渡します。照射工程を2回繰り返します。

4。修理の強さ

  1. 慎重に引張試験器のクランプに組織の両端を固定します。我々は、50ニュートンのロードセルでインストロンMini55システムを使用しています。破断時の最大荷重、引張強さ、および拡張がBluehillコンピュータソフトウェア(米国)を用いて計算した。少なくとも10個のサンプルから手段(n = 10)に決定した。
  2. "たるみ"を取るその後、完全に独立したSurgiLuxストリップによって一緒に保持された組織の2枚まで、毎秒1ミリメートルの割合で組織片を分離する。

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Representative Results

遠心分離は4-6での貯蔵後の粘度を増加させる透明な緑色の溶液、℃につながる3週間放置した後、ビデオで示したように緑色の溶液は、約20ミクロンの厚さで透明な緑色SurgiLuxフィルムに変換され、容易に柔軟です。

組織へのSurgiLux膜結合レーザー照射により、。これは、組織が ​​レーザービームがフィルム( 図2)の上を通過するように収縮するように表示されたフィルムの端で観察することができる。組織とフィルムのない炭化またはアブレーションは観察されなければならない。組織へSurgiLuxの接合強度は、組織の等分部分を持ち上げるのに十分であるべきであり、引張強度が測定されたときにここで報告されたテストでは約15 kPaである必要があります。

表1
表1 </ strong>の提案SurgiLuxシステムと市販のフィブリンおよびシアノアクリレート系外科用接着剤のための性質の比較。

図1
図1 SurgiLux薄膜接着剤の製造および活性化プロセスの概略図;。プロトコルテキストに対応するには、 より大きな図を表示するには、ここをクリックしてください

図2
図2の組織切開(T A、T Bにウシ腸組織と"請負"に付着したレーザー活性化した後に薄いSurgiLuxフィルムを示す写真(×20):個別の部分OF組織、I:切開、S:SurgiLuxフィルム)。

図3
図3各種接着剤のための組織接着強度を示すグラフキトサンとSurgiLuxフィルムTISSEEL(フィブリン)および組織に適用さHistoacrylゲル(シアノアクリレート)、組織に適用される。

図4
図4 SurgiLuxフィルムに付着した細胞を示す電子顕微鏡写真(SEMS)スキャン;ヒト細胞系譜()嗅神経鞘細胞[x1.5k]、(b)の間質線維芽細胞[X500]、および(c)骨格筋由来衛星幹細胞を[x1.7k]。 拡大図を表示するには、ここをクリックしてください


図5増加SurgiLux溶液キャスト体積(ml)と定数キャスト面積で膜厚の変化を示すグラフ(7.09×10 3ミリメートル2)。

図6
図6表面から突出している"乳首"(SN)(S)の存在を示す膜の走査電子顕微鏡写真(SEM)。

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Discussion

キトサンは分子量の様々なとdeactylation度の異なる(DDA)を使って取得できます。キトサンの純度のばらつきがSurgiLux溶液中の微粒子の存在につながる可能性があり、遠心分離は、これらを排除し、透明な緑色の溶液をもたらすべきである使用されています。しかし、ろ過も追加または代替の製造ステップとして使用することができます。どんな材料加工と同様に、例えばキトサンDDAと分子量などの変化が、組織への結合の強さを含む結果SurgiLux膜の物理化学的、生物学的および材料特性に影響を与える。

SurgiLuxための製造プロセスは、かなりのバリエーションを可能にします。例えば、表面積をキャストに溶液量の比率(ミリリットル:ミリメートル2)への変更は、膜厚を調整するために利用することができ、図5は、ボリュームとして最終SurgiLux膜の厚さの直線的な増加を示しています。のペトリ皿に注ぎ、溶液が増加した。同様に、鋳肌への変更は、フィルムの表面形態を変更するために使用することができます。 図6は SurgiLux膜の表面にミクロンサイズの'乳首'の存在を示している。このようなテンプレート技術は、組織接着性を向上させる微生物の細胞の付着を防止し、組織の社会復帰を促進するために様々な表面を作るために利用することができ、さらに11は、様々な生物学的に活性な薬剤は、地域の薬物送達用接着フィルムを製造するための製造プロセスに組み込むことができます。10

表1は、従来のフィブリンおよびシアノアクリレート系接着剤に比べこのSurgiLux薄膜接着剤システムの利点をまとめたものです。組織修復の強度は、縫合糸よりも少ないですが、SurgiLuxは、この伝統的な創傷閉鎖テクニックだけでなく、現在の有利な商業外科用接着剤の多数の欠点を回避する。

製造プロセスの汎用性は、組織工学と再生医療への応用のための更なる発展を促進しながら、その素材の柔軟性と組み合わせて様々なコラーゲン結合組織へSurgiLuxの能力は、腹腔鏡検査でその可能性を示唆している。

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Disclosures

特別な利害関係は宣言されません。

Acknowledgements

著者はLJRフォスターに国立保健オーストラリアの医学研究評議会(NHMRC#1000674)からの助成金を認めている。

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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