Laseraktiverede silkeforseglingsmidler overgår suturer til vævsreparation

NIBIB-finansierede forskere har udviklet laseraktiverede nanomaterialer, der integreres med såret væv for at danne tætninger, der er overlegne i forhold til suturer til at indeholde kropsvæsker og forhindre bakteriel infektion.

Vævsreparation efter skade eller under operation udføres konventionelt med suturer og hæfteklammer, som kan forårsage vævsskade og komplikationer, herunder infektion. Lim og klæbemidler er blevet udviklet til at løse nogle af disse problemer, men kan introducere nye problemer, der inkluderer toksicitet, dårlig vedhæftning, og hæmning af kroppens naturlige helingsprocesser, såsom cellemigration ind i sårrummet.

Nu, forskere finansieret af NIBIB ved Arizona State University er ved at udvikle en ny tætningsteknologi, der lyder lidt som science fiction-laseraktiverede nanosealanter (LANS).

"LANS forbedrer de nuværende metoder, fordi de er væsentligt mere biokompatible end suturer eller hæfteklammer, " forklarer David Rampulla, Ph.D., direktør for NIBIB-programmet i Biomaterialer. "Øget biokompatibilitet betyder, at de er mindre tilbøjelige til at blive set som fremmede, irriterende stof, hvilket reducerer chancen for en skadelig reaktion fra immunsystemet."

Imidlertid, biokompatibilitet indebærer ikke enkelhed. Arizona-gruppen har udviklet denne teknologi ved omhyggeligt at vælge og teste materialerne i tætningsmidlet samt den specifikke type laserlys, der er nødvendig for at aktivere tætningsmidlet uden at forårsage varmeinduceret kollateral vævsskade.

Fugemassen er lavet af biokompatibel silke, der er indlejret med små guldpartikler kaldet nanorods. Laseren opvarmer guld nanoroderne for at aktivere silkeforseglingen. Når den er aktiveret, silke nanosealant har særlige egenskaber, der får det til forsigtigt at bevæge sig ind i eller "interdigitere" med vævsproteinerne for at danne en robust forsegling. Guld blev brugt, fordi det hurtigt afkøles efter laseropvarmning, minimere enhver perifer vævsskade som følge af langvarig varmeeksponering.

To typer skiveformede LANS blev udviklet. Den ene er vandafvisende til brug i flydende miljøer, såsom operation for at fjerne en del af kræfttarmen. Fugemassen skal fungere i et flydende miljø for at fastgøre enderne af tarmen igen. En lækagesikker forsegling er afgørende for at sikre, at bakterier i tarmen ikke siver ud i blodbanen, hvor det kan resultere i den alvorlige blodinfektion kendt som sepsis.

De vandtætte LANS blev testet til reparation af prøver af svinetarm. Sammenlignet med syet og limet tarm, LANS viste overlegen styrke i test af sprængtryk, målt ved at pumpe væske ind i tarmen. Specifikt, LANS' evne til at indeholde væske under tryk svarede til uskadet tarm og syv gange stærkere end suturer. LANS forhindrede også bakteriel lækage fra den reparerede tarm.

Den anden type LANS blandes med vand for at danne en pasta, der kan påføres overfladiske sår på huden. Denne type blev testet på reparation af et musehudssår og sammenlignet med både sutureret hud og hud repareret med en klæbende lim. LANS blev lavet til en pasta, påføres huden skåret og aktiveret med laseren rundt om kanten af ​​tætningsmidlet.

To dage efter påføring, LANS resulterede i signifikant øget hudstyrke sammenlignet med limen eller suturerne. Ud over, huden havde færre neutrofiler og celleaffald, hvilket indikerer, at der var mindre af en immunreaktion på LANS.

"Vores resultater viste, at vores kombination af vævsintegrerende nanomaterialer, sammen med den reducerede varmeintensitet, der kræves i dette system, er en lovende teknologi til eventuel brug på tværs af alle områder inden for medicin og kirurgi, "sagde Kaushal Rege, Ph.D., Professor i kemiteknik ved Arizona State og seniorforfatter af undersøgelsen. "Ud over at finjustere systemets fotokemiske bindingsparametre, vi tester nu formuleringer, der giver mulighed for medicinpåfyldning og -frigivelse med forskellige lægemidler og med varierende tidsbestemte frigivelsesprofiler, der optimerer behandling og heling."