基于几丁聚糖,激光激发薄膜手术胶粘剂,“SurgiLux的制备及示范

Bioengineering

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Summary

一种新型的制造,柔性薄膜手术胶粘剂FDA批准的成分,壳聚糖和吲哚青绿。证明本胶原组织的粘接剂具有低功率的红外激光通过一个简单的激活过程的粘合。

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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

缝合线是一个4000年的老技术,保持伤口愈合的“金标准”凭借其的修复强度(〜100千帕)。然而,缝合线可以作为感染的一个核心,在许多程序无法影响伤口修复,或功能性组织再生的干扰。1手术胶水和粘合剂,如那些基于纤维蛋白和氰基丙烯酸酯,已经研制出用作替代缝线这种伤口修复。然而,目前的商业粘合剂也有显着的缺点,从病毒和朊病毒的转让和与血纤维蛋白胶水的维修强度缺乏,组织的毒性和缺乏的生物相容性的氰基丙烯酸酯为基础的粘合剂。此外,目前可用的手术粘合剂往往是凝胶为基础的,并且可以延长固化时间,这限制了它们的应用程序2同样地,使用的UV激光器,以促进交联机制在蛋白质为基础的或白蛋白'溶胶德尔斯的可导致DNA损伤,而激光组织焊接(LTW)易患热损伤的组织。3尽管他们的缺点,粘合剂和LTW已捕获的伤口闭合市场约30%报道超过美元5星十亿每年,一个重要的证明需要缝合的技术。

在无缝线技术的追求,我们利用壳聚糖作为一种生物材料发展的一个灵活的,薄膜,激光激活的手术粘合剂称为“SurgiLux”。这种新颖的的生物黏附使用FDA批准并成功应用于医学领域的应用和产品的各种生物材料和光子学相结合的独特。 SurgiLux克服与缝线和电流的手术粘合剂( 见表1)相关联的所有的缺点。

在这份报告中,我们报告的制造的SurgiLux的相对简单的协议,并展示其激光激活和组织的熔接强度。 SurgiLux薄膜附着到胶原组织未经化学修饰,如交联和通过使用比较低的供电(120毫瓦)的红外激光,而不是的UV光的照射。壳聚糖膜胶原蛋白(约3千帕)有一个自然,而是弱的附着力,激光活化的壳聚糖基于SurgiLux电影强调了这种粘附强度,通过聚合物链相互作用的作为瞬态热膨胀的结果。没有这一“激活”过程,SurgiLux薄膜容易地除去。6-9 SurgiLux已经过测试,无论是在体外和体内的各种组织,包括神经,肠,硬脑膜和角膜。在所有情况下表现出良好的生物相容性,可以忽略不计热损伤照射的结果。6-10

Protocol

1。制备SurgiLux解决方案

  1. 准备2%(体积/体积)溶液中,在一个干净的玻璃烧杯中,使用去离子水的乙酸,使用在层流罩,以避免污染。
  2. 称取0.02%(重量/体积)的发色团,吲哚花青绿,ICG,在无菌的Eppendorf管中,确保管被包裹在银箔,以防止任何光线穿透。
  3. 使用干净的,一次性吸液管,约1毫升的稀乙酸溶液转移到试管中,以溶解染料,轻轻摇动,并保持在箔包裹。
  4. 转移到烧杯中,并添加2%(重量/体积)的脱乙酰壳多糖粉末溶解ICG前加入无菌的磁力搅拌器。
  5. 量的烧杯用Parafilm银箔,然后包裹在混合之前的72小时,在室温下在层流罩中的内容在每分钟约125转。
  6. 的内容传送到干净的离心管中并离心,以15,000 xg离心15分钟,在4℃以除去任何particula德事。
  7. 小心转移到一个干净的玻璃烧杯中,绿色SurgiLux溶液覆盖用石蜡膜然后包裹在银箔之前,贮存在冰箱中12小时,以增加粘度的溶液。

2。铸造SurgiLux电影

  1. 使用无菌注射器,8毫升冷SurgiLux溶液分配到一个干净的,直径为95毫米的陪替氏培养皿中,并轻轻地倾斜板,由该溶液以确保完全覆盖。溶液体积比变铸造区允许的薄膜厚度的控制,参见图1。
  2. 删除任何明显的气泡,在使用消毒针头的尖端解决方案。银箔及地方的菜,在冰箱中以除去残留的微米级的气泡。
  3. 20分钟后,小心地取出培养皿中的冰箱,在层流罩,覆盖银箔,并制定解决方案蒸发,连续3周。
  4. 在CO蒸发mplete,得分的外边缘的清晰的绿色SurgiLux膜的陪替氏培养皿中,并轻轻剥离'远离餐具表面的膜。
  5. SurgiLux电影应该是灵活和容易操作,没有撕裂或断裂。
  6. 存储银箔包裹在干燥条件下,在培养皿中,直到准备使用的的圆形SurgiLux薄膜。

3。 SurgiLux粘结膜的激光激活

  1. 为了证明激光激活的过程中,我们将使用一个牛的组织,如牛排切成15毫米宽,20毫米长度的大小。解剖的组织使用号码10手术刀片,以产生2个10毫米15在一条直线上。
  2. 约在两片组织,使他们的边缘接触,但不重叠,并用棉签或纱布,轻轻地吸收任何多余的液体。
  3. 接下来,切一块SurgiLux电影7×9毫米,并小心地将薄膜纵向跨越平分pIECE的组织,然后用干棉签轻轻按下。
  4. SurgiLux薄膜被激活使用红外线的二极管激光器在设定为120 mW。由于这是一类IIIB激光,采取适当的安全措施,包括使用适当的安全眼镜的所有人员。
  5. 在角落里,开始照射SurgiLux用红外线激光,在120毫瓦和1毫米直径的束斑大小设置。通过束斑在绿膜在约1毫米每秒的速率。重复的照射过程两次以上。

4。修复的力量

  1. 小心地固定在拉伸测试仪的夹具的组织的端部。我们使用的是一个Instron Mini55系统用50牛顿的测力传感器。的最大载荷,拉伸强度,和断裂伸长率,计算使用的Bluehill计算机软件(美国)。装置从至少10个样品进行了测定组(n = 10)。
  2. 以“松弛”然后分出组织片在1毫米每秒的速度,直到两块由SurgiLux带完全分离的组织保持在一起。

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Representative Results

离心分离导致的透明的绿色溶液,从而增加存储后的粘度在4-6℃下绿色溶液静置3周后,被转换成约20微米厚的透明的绿色SurgiLux膜,显示在视频中,很容易灵活。

一旦照射激光,SurgiLux膜债券到组织。在边缘处的膜组织出现收缩作为激光束通过的膜( 图2),可以观察到这一点。无炭化或切除组织和薄膜应得到遵守。的接合强度SurgiLux到组织应该足以抬起平分的组织片,测定的拉伸强度时,应该是约15千帕这里报告测试。

表1
表1。/ STRONG>为的建议SurgiLux系统和市售的纤维蛋白和氰基丙烯酸酯手术粘合剂的性能比较。

图1
图1。图解说明的SurgiLux薄膜胶粘剂制造和激活过程,相应的协议文本。 点击此处查看大图

图2
图2。照片(X20)薄SurgiLux膜激光激活后,坚持以牛肠组织和“承包”的组织切口(T A,T B:独立的部分Øf组织,I:切口,S:SurgiLux电影)。

图3
图3。图表显示组织各种胶粘剂的粘接强度:壳聚糖和应用的组织,生物胶原(纤维蛋白)和的Histoacryl凝胶(氰基丙烯酸酯)适用于组织的SurgiLux电影。

图4
图4。扫描电子显微照片(SEMS)示出细胞附着SurgiLux薄膜;人类细胞谱系(一)嗅鞘细胞x1.5k],(二)基质成纤维细胞[500倍],和(c)骨骼肌源性卫星干细胞[x1.7k] 点击这里查看大图


图5示出的薄膜厚度的变化与增加SurgiLux铸造溶液的体积(ml)和恒定铸造区格拉夫(7.09×103 毫米2)。

图6
图6示出'乳头'(SN)的突出的表面(S)的存在下膜的扫描电子显微照片(SEM)。

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Discussion

脱乙酰壳多糖可以在多种不同的分子量和不同程度的去乙醯化具有协同性作用(DDA)获得。脱乙酰壳多糖的纯度的变化可能会导致存在的微粒在SurgiLux溶液;离心是用来消除这些和应导致在一个透明的绿色溶液。但是,过滤还可以被用作一个附加的或替代的制造工序。至于与任何材料的加工,变化,,如壳聚糖DDA和分子量,有所得SurgiLux薄膜,生物和物质的理化性质,包括其粘合到组织的强度的影响。

的制造工艺for SurgiLux允许相当大的变化。溶液体积的比率改变到铸件表面面积(毫升:毫米2)例如,可以使用以调节膜的厚度, 图5示出了线性增加最终SurgiLux膜的厚度,作为音量的溶液倒入陪替氏培养皿的增加。同样地,在铸件表面的修改可以被用于修改的薄膜的表面形态, 图6示出微米大小的'乳头'的SurgiLux膜的表面上的存在。这样的模板技术可以被用来生产各种不同的表面,以改善组织的粘附性,防止微生物的细胞附着和促进组织重返社会。11此外,各种生物活性剂可以被纳入的制造过程中,以产生一个区域药物递送的粘接膜。10

表1总结了本SurgiLux薄膜粘接剂系统相比,常规的血纤维蛋白和腈基丙烯酸酯粘合剂的优点。虽然组织修复的强度小于缝线,SurgiLux避免了这种传统的伤口闭合技术以及当前最惠国商业手术胶粘剂的许多缺点。

粘结各种胶原组织结合其材料的灵活性的能力SurgiLux表明它的潜力在腹腔镜手术中,同时组织工程和再生医学中的应用程序的通用性的制造过程中促进其进一步发展。

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Disclosures

没有利益冲突的声明。

Acknowledgements

作者承认国家健康与医学研究委员会澳大利亚(NHMRC#1000674)的资助LJR福斯特。

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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