Forskere udvikler biogummilim til hurtigere kirurgisk bedring og smertelindring

Materialeforskere fra Nanyang Technological University, Singapore (NTU Singapore) har opfundet en ny type kirurgisk lim, der kan hjælpe med at forbinde blodkar og lukke sår hurtigere og kan også tjene som en platform til at levere smertestillende medicin.

I et papir udgivet i Elsevier's Biomaterialer i juli sammen med klinikere fra Singapore General Hospital (SGH), NTU-forskerne viste, at deres lim kan binde blødt væv, herunder muskler og blodkar, selv når deres overflader er våde.

Opkaldt CaproGlu, det aktiveres af en lav dosis ultraviolet (UV) lys, der helbreder det på få sekunder, at gøre det fra en flydende lim til en solid, men fleksibel biogummi - et biokompatibelt materiale, der kan resorberes af vævet efter et par uger.

Holdet viste i dyreforsøg, at blodkar kan forbindes igen med kun fire sting og en mesh-indpakning dyppet i CaproGlu, sammenlignet med de sædvanlige otte sting, der kræves for en pålidelig og uhindret sammenføjning. Forfatterne vurderer, at dette vil reducere operationstiden med 25 procent, da kirurger bruger mindre tid og kræfter på at sy blodkar og væv sammen.

Som vist i dyreforsøg, CaproGlu kan også bruges til at levere lokalbedøvelse eller smertestillende medicin til væv i kroppen, hvilket kan være nyttigt både under og efter en operation og ville reducere behovet for smertestillende medicin, der skal administreres efterfølgende.

I modsætning til nuværende bioklæbemidler - som kræver at to kemikalier blandes før brug - er CaproGlu en flydende gelopløsning i én gryde, der leveres klar til brug.

Hovedforfattere af papiret, Lektor Terry W.J. Steele og seniorforsker Dr. Ivan Djordjevic, understregede, at de fleste kirurgiske klæbemidler, der er tilgængelige på markedet, ikke virker i vand eller våde miljøer, som findes i den menneskelige krop.

"For at få vores lysaktiverede lim til at virke på våde væv, vi konstruerede vores lim til først at fjerne vand fra overfladen og dermed tillade vedhæftning til de dehydrerede overflader, " sagde Assoc Prof Steele.

"Denne unikke fordel ved at være i stand til at binde med høj styrke i et vådt miljø, udover at være biokompatibel, er det, der gør CaproGlu så velegnet til brug i kirurgi og medicinske applikationer."

CaproGlus vedhæftningsstyrke blev sammenlignet med andre kommercielle bioadhæsiver på markedet og viste sig at være tre til syv gange stærkere, og er på niveau med forskydningsstyrken af ​​kollagen og muskelvæv, der findes i menneskekroppen.

Fordele ved CaproGlu

Opfundet af professor Steele og Dr. Djordjevic fra NTU School of Materials Science and Engineering, CaproGlu kombinerer to ingredienser i en enkelt-komponent formulering, der ikke kræver tilsætningsstoffer.

Den første er polycaprolacton - en biologisk nedbrydelig polymer, som er blevet godkendt af United States Food and Drug Administration til specifikke anvendelser, der anvendes i den menneskelige krop - og den anden:diazirin, et lysfølsomt molekyle, der kan danne stærke bindinger, når det aktiveres.

I deres forskningspapir, som blev offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift Biomaterialer , forskerne demonstrerede, hvordan CaproGlu kunne bruges som en del af en ny kirurgisk metode, hvor suturer bruges i kombination med en lim. I stedet for de konventionelle otte sting, der er nødvendige for at forbinde de to ender af et blodkar i en kanin, de brugte fire sting og svøbte karenderne med et biologisk nedbrydeligt mesh dyppet i CaproGlu og hærdet med en lille dosis UV-lys, som tværbundede aminosyrerne på vævets overflade

Som resultat, blødningen fra arterien umiddelbart efter proceduren var sammenlignelig med, hvad der observeres fra konventionelle sting. Når det høstes syv dage senere, arterien viste sig at være fuldstændig helet.

I et separat eksperiment, kirurgerne indsatte CaproGlu fyldt med bedøvelsesmidler i rotternes kalve og helbredte dem med UV-lys, før såret blev lukket med konventionelle sting.

Forskerne sammenlignede aktiviteten af ​​disse rotter med to andre kontroller:rotter, der havde fået bedøvelsesmidler alene, og rotter, der havde fået CaproGlu uden bedøvelse. De fandt ingen mærkbar hindring for bevægelse for de rotter, som havde bedøvelsesmidler og CaproGlu fyldt med bedøvelsesmidler, suggesting that CaproGlu is successful in delivering local anesthetics over time and could be a useful way to extend local anesthesia beyond its current limits and also to act as a drug delivery platform for medication such as anticoagulants to prevent excessive blood clotting.

The team also observed that there were no discernible side effects to the animals which had CaproGlu implanted in their skin, which suggested that it is safe and biocompatible as expected. Since the bioadhesive dissolves and resorbs within weeks, no follow up clinical visits would be required for its removal.

Stable shelf life after sterilization

A big challenge for bioadhesives on the market today is to cope with the standard method by which surgical grade equipment and disposables are sterilized using gamma irradiation.

The gamma sterilization process destroys proteins and activates bonding in both acrylate and epoxy adhesives.

Unlike other surgical adhesives available on the market, CaproGlu's protein-free formulation exploits new crosslinking chemistry unaffected by gamma sterilization.

The light-activated bonding mechanism forms chain links to amino acids at the nanoscale level, even after several months of storage and gamma sterilization, thus making CaproGlu's production and commercialisation potentially less costly than those based on proteins and acrylates.