TAPE: een biologisch afbreekbaar Hemostatische Glue Geïnspireerd door een alomtegenwoordige Compound in Installaties voor chirurgische toepassing

Summary

We beschrijven de eenvoudigste protocol om biologisch afbreekbare medische lijm die een effectieve hemostatische vermogen heeft voor te bereiden. TAPE is een met water mengbaar supramoleculaire totale bereid door looizuur, een alomtegenwoordige verbinding die in planten, en poly (ethyleen) glycol, hetgeen een 2,5 keer groter waterbestendig adhesie vergeleken met commerciële fibrinelijm.

Abstract

Deze video beschrijft de eenvoudigste protocol voor het bereiden van biologisch afbreekbare chirurgische lijm die een effectieve hemostatische vermogen en een grotere waterbestendig kleefkracht dan commerciële weefsel kleefstoffen heeft. Medische kleefstoffen hebben veel aandacht als mogelijk alternatief gereedschap voor hechtingen en nietjes aangetrokken door hun gemak in gebruik met minimale invasiviteit. Hoewel er verschillende protocollen te ontwikkelen weefsellijm inbegrip handel verkrijgbaar zoals fibrine lijm en cyanoacrylaat gebaseerde materialen, meestal vereisen ze een reeks van chemische synthese van organische moleculen of ingewikkelde eiwit zuiveringsmethoden, bij bio aangedreven materialen (dat wil zeggen, fibrine lijm). Ook de ontwikkeling van chirurgische lijm vertoont hoge hechtingseigenschappen met behoud van de biologische afbreekbaarheid is nog steeds een uitdaging omdat het moeilijk om goede prestaties in de vochtige omgeving van het lichaam. We illustreren van een nieuwe methode om een ​​voor te bereidenmedische lijm, bekend als TAPE, het gewicht gebaseerde scheiding van een met water mengbaar supramoleculaire aggregaat gevormd na fysisch mengen van plantaardige, nat kleefmiddel molecuul T Annic A cid (TA) en een bekende biopolymeer, poly (ethyleen) glycol (PEG). Met onze benadering TAPE toont hoge adhesiesterkte, dat 2,5-voudig meer dan commerciële fibrinelijm in aanwezigheid van water. Bovendien tape is biologisch afbreekbaar fysiologische omstandigheden en kan worden gebruikt als een krachtige hemostatische lijm weefselantigenen bloeden. Wij verwachten dat het wijdverbreide gebruik van band in een verscheidenheid van medische instellingen en drug delivery toepassingen, zoals polymeren van slijmvlies hechting, drug depots en anderen.

Introduction

In een afgelopen decennium zijn er inspanningen geleverd om de huidige chirurgische hechtingen en nietjes vervangen wonden met biologisch afbreekbare / bioabsorbeerbare lijmen sluiten als gevolg van hun gemak in gebruik en lage weefsel invasiviteit tijdens chirurgische behandelingen. Commercieel verkrijgbare weefsel- lijmen worden ingedeeld in vier types: (1) ¹ cyanoacrylaat derivaten, (2) fibrinelijmen gevormd door enzymatische omzetting van fibrinogeen in fibrine polymeren door trombine ^2,3, (3) op eiwit gebaseerde materialen zoals chemisch of fysisch verknoopt albumine en / of gelatine ^4,5, en (4) synthetische polymeer-gebaseerde middelen ^6. Hoewel ze zijn gebruikt in vele klinische toepassingen, alle kleefmiddelen hun eigen intrinsieke nadelen en bezwaren die kunnen worden belemmeringen voor hun wijdverbreide gebruik. -Cyanoacrylaat gebaseerde lijmen vertonen een hoge adhesiesterkte weefsels, maar hun toxische nevenproducten zoals cyanoacetaat en formaldehyde gevormd gedurende afbraak, veroorzaken vaak tekenificant mate van ontstekingsreacties ^7. Fibrinelijmen en albumine of gelatine gebaseerde materialen veiligheidskwesties met betrekking tot de overdracht van besmettelijke componenten, zoals virussen uit dierlijke bronnen: humaan bloedplasma fibrinelijmen en dieren zoals koeien, kippen, varkens en vis-gelatine gebaseerde lijmen ^8. Hoewel enkele synthetische polymeer gebaseerde hechtmiddelen door de Federal Drug Administration (FDA) goedgekeurd, de meeste kleefstoffen uit synthetische polymeren steeds problemen bij het ​​minimaliseren van het productieproces stappen en bereiken biocompatibiliteit ⁹ hebben. Het belangrijkste is dat alle lijmen last van slechte mechanische en kleefkracht natte tissues ^10. Onlangs hebben biomimetic weefsel kleefstoffen geïnspireerd door marine mosselen ^11-13, gekko's ^14, gekko met mossel ¹⁵ en endoparasitaire wormen ¹⁶ zijn opkomst als veelbelovende alternatieven voor de huidige medische lijm als gevolg van hun afstembare mechanische enhechtende eigenschappen met biocompatibiliteit. Echter, tot op de dag, zijn er nog problemen die moeten worden aangepakt voordat ze commerciële producten ^17.

Hier melden wij een geheel nieuw soort medische lijm genaamd tape die wordt bereid door de intermoleculaire waterstofbinding tussen een plantaardige lijm molecule, tannine (TA), en een bio-inert polymeer poly (ethyleenglycol) (PEG), zoals de naam al aangeeft. TA is een representatieve hydrolyseerbaar tannine alomtegenwoordig gevonden tijdens het secundair metabolisme van planten. Het heeft veel aandacht getrokken vanwege zijn anti-oxidant, anti-mutagene en anti-carcinogene eigenschappen en is gebleken om aan supramoleculaire interacties met vele polymeren, zoals poly (N -isopropylacrylamide) (PNIPAM) en poly (N – vinylpyrrolidon) (PVPON) om laag-voor-laag (LbL) films en ^18-20 geneesmiddel-afgevende microcapsules ^21-23 vormen. In deze studie hebben we ontdekt dat TA kan als efficiëntWaterbestendige lijm functioneel deel van een medische lijm te vormen, TAPE. Door het eenvoudig mengen met TA, een niet-vervuilende polymeer PEG wordt een supramoleculaire lijm met 2,5-voudig verhoogd adhesiesterkte ten opzichte van commerciële fibrinelijm, en de hechting werd gedurende maximaal 20 cycli van aanhechting en losmaking gehandhaafd, zelfs in aanwezigheid van water . De hemostatische vermogen werd getest op een lever bloeden model in vivo en toonde goede hemostatische vermogen om het bloeden te stoppen binnen enkele seconden. TAPE heeft een belangrijke betekenis in een verwant veld als eerste plantaardige lijm die nieuw inzicht kan onthullen in het oplossen van de nadelen van de huidige problemen met biologische benaderingen geïnspireerd. We verwachten ook dat het wijdverbreide gebruik van band in een verscheidenheid van medische en farmaceutische toepassingen zoals muco-hechtmiddelen, geneesmiddel vrijgeven patches, wondverzorging dressings, en anderen vanwege de eenvoudige bereidingswijze, schaalbaarheid, afstembare biodegradatiesnelheid, alsmede zeer natte-resistente kleefstoion eigenschappen.

Protocol

Alle dierlijke zorg en de experimenten worden uitgevoerd in overeenstemming met de ethische protocol door de KAIST (Korea Uitgebreid Institute of Science and Technology) IRB (Institutional Review Board). 1. TAPE Formation Voor bereiding van een oplossing TA, plaats een 4 ml-sized glazen flacon op een magnetische roerder en voeg 1 ml van gedestilleerd water met een roerstaaf. Voeg 1 g looizuur aan het flesje en oplossen in het water door zachtjes roeren bij 200 rpm gedurende meer dan 1 uur. Wanneer de …

Representative Results

TAPE is een supramoleculaire aggregaat dat omlaag regelt na centrifugeren van het mengsel van beide waterige oplossingen bevattende TA (1 g / ml in gedestilleerd water) en PEG (1 g / ml in gedestilleerd water) met 2: 1 volumeverhouding (Figuur 1A). De mengverhouding is de belangrijkste factor bij het bereiken van een hoge kleefkracht; wanneer TAPE wordt gevormd door een 2: 1 mengverhouding, 20 eenheden van de hydroxylgroep (-OH) in 25 eenheden van TA met elkaar ethergroe…

Discussion

We ontwikkelden een geheel nieuwe klasse van hemostatische lijm genoemd TAPE geïnspireerd door de waterbestendige moleculaire interactie van een plant-afgeleide polyfenol, TA. TA is een representatieve hydrolyseerbaar tannine dat aanzienlijk aandacht getrokken vanwege zijn anti-oxidant, anti-bacterieel, anti-mutagene en anti-carcinogene eigenschappen.

Het proces om TAPE is zeer eenvoudig, schaalbaar en milieuvriendelijk, omdat het slechts de één-stap mengen van twee waterige oplossingen, …

Materials

Tannic acid	Sigma-aldrich	403040
Poly(ethylene oxide), 4-arm, hydroxy terminated	Aldrich	565709	Averge Mn ~10,000
Poly(ethylene glycol)	Aldrich	373001	Average Mn 4,600
Biopsy punch	Miltex	33-36	Diameter = 6 mm
Aron Alpha®	Toagosei Co., Ltd.		Instant glue
Universal testing machine (UTM)	Instron	5583
Microcentrifuge tubes	SPL life science	60015	1.5 mL
Petri dish	SPL life science	10090	90 x 15 mm
Sodium phosphate monobasic	Sigma	S5011	1x PBS ingredient
Sodium phosphate dibasic	Sigma	S5136	1x PBS ingredient
Sodium chloride	Duchefa biochemie	S0520.5000	1x PBS ingredient
Incubating shaker	Lab companion	SIF6000R
ICR mice	Orient bio	Normal ICR mouse	6 weeks, 30-35 g, male
Tiletamine-zolazepam (Zoletil 50)	Virbac
Zylazine (Rompun)	Bayer
PrecisionGlideTM needle (18 G)	BD	302032	18 G
Filter paper	Whatman	1001 125	Diameter = 125 mm
Parafilm	Bemis Flexible Pakaging	PM996