ЛЕНТА: Биоразрушаемый кровоостанавливающие клей Вдохновленный Ubiquitous соединения в растениях для хирургических Применение
Summary
Мы опишем наиболее простой протокол для подготовки биоразлагаемый медицинский клей, который имеет эффективную способность кровоостанавливающее. ЛЕНТА представляет собой не смешивающийся с водой супрамолекулярная агрегат получают путем смешивания дубильной кислоты, повсеместное соединение, содержащееся в растениях, и поли (этилен) гликоля, что дает в 2,5 раза больше водостойкую адгезию по сравнению с коммерческим клеем фибрина.
Abstract
Это видео описывает простейший протокол получения биоразлагаемого хирургического клея, который имеет эффективную способность кровоостанавливающее и большую водонепроницаемую прочность сцепления, чем клеев коммерческих тканей. Медицинские клеи привлекли большое внимание в качестве потенциальных альтернативных инструментов для наложения швов и скрепок из-за их удобства в использовании с минимальной инвазивности. Несмотря на то, существует несколько протоколов для разработки адгезивов ткани, включая коммерчески доступные, такие как фибрин клеями и цианоакрилатных на основе материалов, в основном, они требуют ряда химических синтезов органических молекул или сложных методов протеин-очистки, в случае био управляемых материалов (то есть, фибриновый клей). Кроме того, разработка хирургических клеев экспонирование высокие адгезионные свойства, сохраняя при этом способность к биологическому разложению остается серьезной проблемой из-за трудностей в достижении хорошей производительности в условиях повышенной влажности тела. Проиллюстрируем новый способ подготовитьмедицинский клей, известный как лента, по весу на основе разделения не смешивающегося с водой супрамолекулярную агрегат , образованный после физического смешивания растительного происхождения, молекулы мокрая водостойкой лентой, Т annic ИДС (ТА), а также хорошо известный биополимер, поли (этилен) (ПЭГ). С помощью нашего подхода, ЛЕНТА показывает высокую прочность адгезии, что в 2,5 раза больше, чем коммерческий клей фибрина в присутствии воды. Кроме того, лента является биоразлагаемым в физиологических условиях, и может быть использован в качестве мощного гемостатического клея против тканевого кровотечения. Мы ожидаем, что широкое использование ленты в различных медицинских учреждениях и приложений доставки лекарственных средств, таких как полимеры для слизисто-адгезии, складов наркотиков и других.
Introduction
В последнее десятилетие были предприняты усилия, чтобы заменить существующие хирургические шовные материалы и скобы, чтобы закрыть раны с биоразлагаемыми / биопоглощаемые клеев из-за их удобства в использовании и инвазивности низкой ткани во время хирургического лечения. Коммерчески доступные тканевых клеев подразделяются на четыре типа: (1) производные цианокрилатные 1, (2) фибриновых клеями , образованные путем ферментативного превращения фибриногена в фибрин полимеров тромбином 2,3, (3) на основе белка материалы , такие как химически или физически сшитый альбумин и / или желатин 4,5, и (4) синтетический полимер на основе 6 из них. Несмотря на то, что они были использованы во многих клинических применений, все клеи имеют свои собственные внутренние недостатки и недостатки, которые могут быть препятствия для их широкого использования. Цианакрилатные-клеи на основе демонстрируют высокую прочность адгезии к тканям, но их токсичные побочные продукты, такие как цианоацетатным и формальдегида, образующихся при деградации, часто вызывают знакificant степени воспалительных реакций 7. Фибрина клеи и альбумин или желатин на основе материалы имеют вопросы безопасности , касающиеся передачи инфекционных компонентов, таких как вирусы из животных источников: плазме крови человека для фибриновых клеев и животных , включая крупный рогатый скот, кур, свиней и рыбы для желатина на основе клеев 8. Хотя некоторые синтетические полимерные клеи на основе были утверждены Федеральным управлением медикаментов (FDA), большинство клеев из синтетических полимеров , продолжают испытывать трудности в деле минимизации шагов производственного процесса и достижение биосовместимости 9. Самое главное, что все клеи страдают от плохой механической и адгезионной прочности для влажных тканей 10. В последнее время , клеи биомиметические ткани навеянные морскими мидиями 11-13 гекконов 14, геккон с мидий 15 и эндопаразитических червей 16 были становятся перспективные альтернативы текущих медицинских клеев из – за их механических и перестраиваемыйадгезионные свойства с биосовместимости. Тем не менее, и по сей день, все еще есть вопросы , которые необходимо решить , прежде чем они станут коммерческими продуктами 17.
Мы сообщаем о совершенно новый тип медицинского клея под названием ЛЕНТА, который получают путем межмолекулярных водородных связей между растительного происхождения, клеевой молекулы, дубильные кислоты (ТА), и био-инертный полимер поли (этиленгликоль) (ПЭГ), как указывает его название. TA является представителем гидролизуемый танин Повсеместно найдены во время вторичного метаболизма растений. Она привлекает к себе большое внимание в связи с его антиоксидантными, анти-мутагенным, и анти-канцерогенные свойства и было показано , участвовать в супрамолекулярных взаимодействий со многими полимерами, такими как поли (N -isopropylacrylamide) (PNIPAM) и поли (N – винилпирролидона) (PVPON), чтобы сформировать слой за слоем (LBL) пленок 18-20 и лекарственно-рилизинг микрокапсул 21-23. В этом исследовании мы обнаружили, что TA может действовать как эффективныйводостойкий клей функциональный фрагмент с образованием медицинского клея, ЛЕНТА. Путем простого смешивания с TA, не-обрастания полимер ПЭГ становится супрамолекулярная клей с 2,5-кратным увеличением адгезионной прочности по сравнению с коммерческим клеем фибрина, и эта адгезия сохраняется на протяжении до 20 циклов прикрепления и снятия, даже в присутствии воды , Его гемостатический способность тестировалась на печень кровоточащей модели в естественных условиях и показали хорошую способность кровоостанавливающее , чтобы остановить кровотечение в течение нескольких секунд. ЛЕНТА имеет существенное значение в соответствующем поле в качестве первого растительного происхождения, клей, который может показать новый взгляд на решение недостатков нынешних проблем, связанных с био-вдохновил подходов. Мы также ожидаем, что широкое использование ленты в различных медицинских и фармацевтических применений, таких как слизисто-клеи, пластыри с наркотиками отпуская, перевязочных помощи, а также других из-за его простой метод подготовки, масштабируемости, перестраиваемой скорости биодеградации, а также высоко влажное устойчивые к adhesионные свойства.
Protocol
Representative Results
Discussion
Мы разработали совершенно новый класс гемостаза клеевой названный ЛЕНТА вдохновлен водостойкого молекулярного взаимодействия полифенолов соединения растительного происхождения, TA. TA является представителем гидролизуемый танин, который значительно привлек к себе внимание благода?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This study was supported by National Research Foundation of South Korea: Mid-career scientist grant (2014002855), and Ministry of Industry, Trade, and Natural Resources: World Premier Material Development Program. This work is also supported by in part by Center for Nature-inspired Technology (CNiT) in KAIST Institute for NanoCentury (KINC).
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 |
References
- Leggat, P. A., Smith, D. R., Kedjarune, U. Surgical applications of cyanoacrylate adhesives: a review of toxicity. ANZ J Surg. 77 (4), 209-213 (2007).
- MacGillivray, T. E. Fibrin Sealants and Glues. J Cardiac Surg. 18 (6), 480-485 (2003).
- Radosevich, M., Goubran, H. A., Burnouf, T. Fibrin sealant: scientific rationale, production methods, properties and current clinical use. Vox. Sang. 72 (3), 133-143 (1997).
- Nomori, H., Horio, H., Suemasu, K. The efficacy and side effects of gelatin-resorcinol formaldehyde-glutaraldehyde (GRFG) glue for preventing and sealing pulmonary. Surg. Today. 30 (3), 244-248 (2000).
- Duarte, A. P., Coelho, J. F., Bordado, J. C., Cidade, M. T., Gil, M. H. Surgical adhesives: Systematic review of the main types and development forecast. Prog. Polym. Sci. 37 (8), 1031-1050 (2012).
- Bhatia, S. K. Traumatic injuries. Biomaterials for clinical applications. , 213-258 (2010).
- Bouten, P. J. M., et al. The chemistry of tissue adhesive materials. Prog.Polym. Sci. 39 (7), 1375-1405 (2014).
- Annabi, N., Tamayol, A., Shin, S. R., Ghaemmaghami, A. M., Peppas, N. A., Khademhosseini, A. Surgical materials: Current challenges and nano-enabled solutions. Nano Today. 9 (5), 574-589 (2014).
- Strausberg, R. L., Link, R. P. Protein-based medical adhesives. Trends.Biotechnol. 8 (2), 53-57 (1990).
- Bilic, G., et al. Injectable candidate sealants for fetal membrane repair: bonding and toxicity in vitro. Am J Obstet Gynecol. 202 (1), 1-9 (2010).
- Mehdizadeh, M., Weng, H., Gyawali, D., Tang, L., Yang, J. Injectable citrate-based mussel-inspired tissue bioadhesives with high wet strength for sutureless wound closure. Biomaterials. 33 (32), 7972-7980 (2012).
- Ryu, J. H., Lee, Y., Kong, W. H., Kim, T. G., Park, T. G., Lee, H. Catechol-functionalized chitosan/pluronic hydrogels for tissue adhesives and hemostatic materials. Biomacromolecules. 12 (7), 2653-2660 (2011).
- Mahdavi, A., et al. A biodegradable and biocompatible gecko-inspired tissue adhesive. Proc Natl Acad Sci USA. 105 (7), 2307-2310 (2008).
- Lee, H., Lee, B. P., Messersmith, P. B. A reversible wet/dry adhesive inspired by mussels and geckos. Nature. 488, 338-341 (2007).
- Yang, S. Y., et al. A bio-inspired swellable microneedle adhesive for mechanical interlocking with tissue. Nature Commun. 4, 1702-1710 (2013).
- Spotnitz, W. D., Burks, S. Hemostats, sealants, and adhesives: components of the surgical toolbox. Transfusion (Paris). 48 (7), 1502-1516 (2008).
- Erel, I., Schlaad, H., Demirel, A. L. Effect of structural isomerism and polymer end group on the pH-stability of hydrogen-bonded multilayers. J Colloid Interface Sci. 361 (2), 477-482 (2011).
- Shutava, T. G., Prouty, M. D., Agabekov, V. E., Lvov, Y. M. Antioxidant Properties of Layer-by-Layer films on the Basis of Tannic Acid. Chem Lett. 35 (10), 1144-1145 (2006).
- Schmidt, D. J., Hammond, P. T. Electrochemically erasable hydrogen-bonded thin films. Chem Commun. 46 (39), 7358-7360 (2010).
- Shutava, T., Prouty, M., Kommireddy, D., Lvov, Y. pH Responsive Decomposable Layer-by-Layer Nanofilms and Capsules on the Basis of Tannic Acid. Macromolecules. 38 (7), 2850-2858 (2005).
- Erel, I., Zhu, Z., Zhuk, A., Sukhishvili, S. A. Hydrogen-bonded layer-by-layer films of block copolymer micelles with pH-responsive cores. J Colloid Interface Sci. 355 (1), 61-69 (2011).
- Kim, B. -. S., Lee, H. -. I., Min, Y., Poon, Z., Hammond, P. T. Hydrogen-bonded multilayer of pH-responsive polymeric micelles with tannic acid for surface drug delivery. Chem Commun. 45 (28), 4194-4196 (2009).
- Murakami, Y., Yokoyama, M., Nishida, H., Tomizawa, Y., Kurosawa, H. A simple hemostasis model for the quantitative evaluation of hydrogel-based local hemostatic biomaterials on tissue surface. Colloids Surf B Biointerfaces. 65 (2), 186-189 (2008).
- Kim, K., et al. TAPE: A Medical Adhesive Inspired by a Ubiquitous Compound in Plants. Adv Funct Mater. 25 (16), 2402-2410 (2015).
- Suzuki, S., Ikada, Y. Adhesion of cells and tissues to bioabsorbable polymeric materials: scaffolds, surgical tissue adhesives and anti-adhesive materials. J Adhes. Sci. Technol. 24 (13), 2059-2077 (2010).
- Lomova, M. V., et al. Multilayer Capsules of Bovine Serum Albumin and Tannic Acid for Controlled Release by Enzymatic Degradation. ACS Appl Mater Interfaces. 7 (22), 11732-11740 (2015).
- Shin, M., Ryu, J. H., Park, J. P., Kim, K., Yang, J. W., Lee, H. DNA/Tannic Acid Hybrid Gel Exhibiting Biodegradability, Extensibility, Tissue Adhesiveness, and Hemostatic Ability. Adv Funct Mater. 25 (8), 1270-1278 (2015).
- Kozlovskaya, V., Kharlampieva, E., Drachuk, I., Chenga, D., Tsukruk, V. V. Responsive microcapsule reactors based on hydrogen-bonded tannic acid layer-by-layer assemblies. Soft Matter. 6 (15), 3596-3608 (2010).
- Oh, D. X., et al. A rapid, efficient, and facile solution for dental hypersensitivity: The tannin-iron complex. Sci Rep. 5, 10884 (2015).
