Forskere viser, hvordan ny hydrogel kan lette mikrokirurgi

Dygtige kirurger kan gøre fantastiske ting på ekstremt små steder, men at finde bedre måder at suturere små blodkar på har været en vedvarende udfordring for selv de bedste.

I en artikel netop offentliggjort i tidsskriftet Natur nanoteknologi , flere forskere fra University of Delaware viser, hvordan en ny peptidbaseret hydrogel en dag kan gøre denne genforbindelsesproces lettere at udføre og mindre tilbøjelig til at mislykkes.

Den nye proces bruger en hydrogel udviklet af Daniel J. Smith, der fik sin doktorgrad ved UD i 2013 og er hovedforfatter til artiklen. Andre samarbejdspartnere inkluderer Katelyn Nagy-Smith, som for nylig har gennemført alle krav til sin doktorgrad på UD, og Joel Schneider, som var professor ved UD og nu er i Kemisk Biologisk Laboratorium på National Cancer Institute.

En del af undersøgelsen var også forskere fra Johns Hopkins University School of Medicine og Department of Electrical and Computer Engineering ved Johns Hopkins.

Smith designet peptidet, bygger på en selvsamlende proces udviklet for mere end ti år siden af ​​Schneider, mens han var professor i UD's Institut for Kemi og Biokemi, og Darrin Pochan, professor og formand for UD's Institut for Materialevidenskab og Teknik.

Nagy-Smith lavede mikroskopi, ved hjælp af et transmissionselektronmikroskop på National Cancer Institute for at vise, hvordan fibrene ændrer sig, når de udsættes for ultraviolet lys.

Den måde, hvorpå små kar forbindes igen, omfatter nu sting, der er påført i mikrokirurgi. Men den lille, tyndvæggede kar er skrøbelige og tilbøjelige til at blive beskadiget under håndtering.

Den peptidbaserede hydrogel kan indstilles på præcise måder med en specifik aminosyre, lader materialet ændre form flere gange under en procedure - bliver stift nok til at åbne og understøtte et lille kar, når det først injiceres og derefter, efter at suturerne er færdige, opløses hurtigt under ultraviolet lys for at tillade genoprettet cirkulation.

Smith placerede aminosyren i sekvensen på en måde, der tillader præcis kontrol og fandt ud af, at hydrogelen ville danne et halvfast stof til at understøtte væggene i det lille kar, forhindrer skade under sutureringen, samtidig med at enderne ophænges for bedre kontrol.

"Det er analogt med legoklodser, der sætter sig sammen for at bygge en struktur, derefter bryde sammen, når du bliver bedt om at gøre det, sagde Smith, som nu arbejder hos Glaxo Smith Kline. "Der er attraktive kræfter på arbejde - disse er hydrofobe, fedtede molekyler, der ønsker at associere sammen, men kan også udløses til at gå fra hinanden."

Så, han sagde, når stoffet injiceres i enderne af det lille kar, det overskydende siver ud af enderne og danner en lille masse gel, der omgiver begge ender, giver kirurger mulighed for at skabe en lettere forbindelse.

"Dette ville hjælpe i enhver form for operation, hvor du forsøger at genoprette så mange kar, som du kan, enten i en hel transplantation eller i beskadiget væv fra en form for ulykke, " sagde Nagy-Smith. "Det holder ikke kun fartøjet åbent, det sætter faktisk kar på plads uden at bruge en masse klemmer. Kirurgen har i det væsentlige en tredje hånd."

Testet med mus, hvis lårbensarterier er omkring 200 mikrometer i diameter - fire eller fem menneskehår - papiret viser den præcise proces, der blev brugt af samarbejdspartnerne og antyder, at hydrogelen en dag kan bruges i hjerte-bypass- og transplantationsoperationer og også kunne åbne nye muligheder inden for forskning .