Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Kemi

3D-trykt Biomesh minimerer brokreparationskomplikationer

3D -printet Biomesh demonstrerer sin mekaniske styrke og fleksibilitet. Kredit:Baylor College of Medicine

Brok er en af ​​de mest almindelige bløde vævsskader. Brok dannes ved intra-abdominal indhold, såsom en tarmsløjfe, presser sig svagt igennem, defekte eller skadede områder af bugvæggen.

Tilstanden kan udvikle alvorlige komplikationer, derfor kan brokreparation anbefales. Reparation består i kirurgisk implantation af et protesemaske for at understøtte og forstærke den beskadigede mavevæg og lette helingsprocessen. Imidlertid, aktuelt anvendte maskeimplantater er forbundet med potentielt negative postkirurgiske komplikationer.

"Selvom brokmaskeimplantater er mekanisk stærke og understøtter abdominalvæv, får patienten til at føle sig godt tilpas i starten det er et almindeligt problem, at implantatet cirka tre dage efter operationen kan drive betændelse, der om to til tre uger vil påvirke organer i nærheden, "sagde Dr. Crystal Shin, adjunkt i kirurgi ved Baylor College of Medicine og hovedforfatter af denne undersøgelse, der søger at finde en løsning på postoperative brok komplikationer.

Meshimplantater mislykkes for det meste, fordi de fremmer vedhæftningen af ​​tarmen, lever eller andre viscerale organer til masken. Når adhæsionerne vokser, masken krymper og hærder, kan føre til kroniske smerter tarmobstruktion, blødning og dårlig livskvalitet. Nogle patienter kan kræve en anden operation for at reparere den mislykkede først. "Betændelse er også en alvorlig bekymring, "sagde Dr. Ghanashyam Acharya, lektor i kirurgi i Baylor. "I øjeblikket, betændelse kontrolleres med medicin eller antiinflammatoriske lægemidler, men disse lægemidler forstyrrer også helingsprocessen, fordi de blokerer migrationen af ​​immunceller til skadestedet. "

"For at løse disse komplikationer, vi udviklede en ikke-farmakologisk tilgang ved at designe et nyt net, der, ud over at yde mekanisk støtte til skadestedet, fungerer også som et inflammationsmodulerende system, "Sagde Shin.

Modsætninger tiltrækkes

"En stor innovation i vores design er udviklingen af ​​et Biomesh, der kan reducere betændelse og, som resultat, minimere vævsadhæsion til det net, der fører til smerter og fiasko ved operationen, "Sagde Shin. Inflammatoriske mediatorer kaldet cytokiner vises, hvor masken er implanteret et par dage efter operationen. Nogle af de vigtigste cytokiner i implantatet, IL1-β, IL6 og TNF-α, har en positiv overfladeladning på grund af tilstedeværelsen af ​​aminosyrerne lysin og arginin.

3D-printet Biomesh demonstrerer sin mekaniske styrke og fleksibilitet. Kredit:Dr. C. Shin/G. Acharya/Baylor College of Medicine.

"Vi antog, at Biomesh med en negativ overfladeladning ville fange de positivt ladede cytokiner, da modsatte elektriske ladninger tiltrækkes af hinanden, "Acharya sagde." Vi forventede, at fangst af cytokinerne i masken ville reducere deres inflammatoriske virkning og forbedre brokreparation og helingsprocessen. "

For at teste deres nye idé, forskerne brugte en 3D-bioprinter til at fremstille Biomesh af en polymer kaldet phosphat tværbundet poly (vinylalkohol) polymer (X-PVA). Gennem grundige eksperimenter, de optimerede de mekaniske egenskaber, så masken ville modstå maksimalt abdominal tryk gentagne gange uden forringelse af dens mekaniske styrke i flere måneder. De viste også, at deres Biomesh ikke forringede eller reducerede dets elastiske egenskaber over tid og ikke var giftigt for humane celler.

Skinneben, Acharya og deres kolleger har bekræftet i laboratoriet, at denne Biomesh kan fange positivt ladede cytokiner. Opmuntret af disse resultater, forskerne testede deres Biomesh i en rotte model for brokreparation, sammenligne det med en masketype, der i vid udstrækning bruges klinisk til kirurgisk brokreparation.

Nydesignet 3D-trykt Biomesh minimerer efterkirurgiske komplikationer ved reparation af brok i en dyremodel

Den nydesignede Biomesh minimerede effektivt postkirurgiske komplikationer af brokreparation i en dyremodel. Forskerne undersøgte Biomesh i fire uger efter, at den blev implanteret. De fandt ud af, at den nydesignede Biomesh havde fanget omkring tre gange mængden af ​​cytokiner fanget af det almindeligt anvendte net. Cytokiner er kortvarige i kroppen. Når de nedbrydes, de gør det muligt for masken at fange flere cytokiner.

Vigtigere, intet visceralt væv havde klæbet til det nydesignede Biomesh, mens vævsadhæsionsniveauet var ekstremt i tilfælde af det almindeligt anvendte net. Disse resultater bekræftede, at det nye Biomesh er effektivt til at reducere virkningerne af det inflammatoriske respons og forhindre visceral adhæsion. Ud over, det nye net hindrede ikke heling af bugvæggen efter kirurgisk brokreparation i dyremodeller.

"Denne Biomesh er unik og designet til at forbedre resultater og reducere akutte og langsigtede komplikationer og symptomer forbundet med reparation af brok. Med mere end 400, 000 brokreparationsoperationer hvert år i USA, den nye Biomesh ville opfylde et stort uopfyldt behov, "Shin sagde." Der findes ikke et sådant multifunktionelt kompositkirurgisk net, og udvikling af en bredt anvendelig Biomesh ville være et stort fremskridt inden for kirurgisk reparation af brok og andre bløde vævsdefekter. Vi foretager yderligere prækliniske undersøgelser, før vores tilgang kan oversættes til klinikken. Fremstilling af Biomesh er meget reproducerbar, skalerbar og modificerbar. "

"Dette koncept om at kontrollere betændelse gennem materialernes fysisk -kemiske egenskaber er nyt. Masken blev oprindeligt designet til mekanisk styrke. Vi spurgte os selv, kan vi skabe en ny form for mesh ved at gøre brug af materialers fysiske og kemiske egenskaber? "sagde Acharya." I 1950'erne, Dr. Francis C. Usher ved Baylors kirurgiske afdeling udviklede det første polypropylennet til reparation af brok. Vi har udviklet en næste generations mesh, der ikke kun giver mekanisk støtte, men også spiller en fysiologisk rolle for at reducere den inflammatoriske reaktion, der forårsager betydelige kliniske problemer. "Læs hele undersøgelsen i tidsskriftet Avancerede materialer .