В статье, опубликованной в июле в журнале Elsevier’s Biomaterials совместно с клиницистами из Сингапурской больницы общего профиля (SGH), исследователи NTU показали, что их клей может скреплять мягкие ткани, включая мышцы и кровеносные сосуды, даже если их поверхности влажные.
Названный CaproGlu, он активируется низкой дозой ультрафиолетового (УФ) света, который отверждает его за секунды, превращая его из жидкого клея в твердый, но гибкий биокаучук – биосовместимый материал, который может рассасываться тканями через несколько недель.
В экспериментах на животных команда показала, что кровеносные сосуды могут быть соединены всего четырьмя стежками и сетчатой оберткой, смоченной в CaproGlu, по сравнению с обычными восемью стежками, которые требуются для надежного и беспрепятственного соединения. По оценкам авторов, это сократит время операции на 25 процентов, поскольку хирурги тратят меньше времени и усилий на сшивание кровеносных сосудов и тканей.
Как продемонстрировано в экспериментах на животных, CaproGlu также может использоваться для доставки местных анестетиков или обезболивающих к тканям организма, что может быть полезно как во время, так и после операции и уменьшит потребность в обезболивающих, которые необходимо вводить впоследствии.
В отличие от существующих био-адгезивов, перед использованием которых необходимо смешать два химиката, CaproGlu представляет собой раствор жидкого геля в одной емкости, готовый к использованию.
Ведущие авторы статьи, доцент Терри В.J. Стил и старший научный сотрудник доктор Иван Джорджевич подчеркнули, что большинство хирургических клеев, доступных на рынке, не работают в воде или влажной среде, как в человеческом теле.
«Чтобы наш активируемый светом клей работал на влажных тканях, мы разработали наш клей, который сначала удаляет воду с поверхности и, таким образом, обеспечивает адгезию к обезвоженным поверхностям», – сказал доцент Стил.
"Это уникальное преимущество, заключающееся в способности связываться с высокой прочностью во влажной среде, а также в биосовместимости, делает CaproGlu настолько подходящим для использования в хирургии и медицине."
Сила адгезии CaproGlu сравнивалась с другими коммерческими биоадгезивами на рынке, и было обнаружено, что она в три-семь раз сильнее и находится на одном уровне с прочностью на сдвиг коллагена и мышечной ткани, обнаруженной в организме человека.
Преимущества CaproGlu
Изобретенный доцентом Стилом и доктором Джорджевичем из Школы материаловедения и инженерии НТУ, CaproGlu объединяет два ингредиента в однокомпонентный состав, не требующий добавок.
Первый – это поликапролактон – биоразлагаемый полимер, одобренный Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США для конкретных применений в организме человека, а второй: диазирин, светочувствительная молекула, которая может образовывать прочные связи при активации.
В своей исследовательской работе, опубликованной в научном журнале Biomaterials, ученые продемонстрировали, как CaproGlu можно использовать как часть нового хирургического метода, при котором швы используются в сочетании с клеем. Вместо обычных восьми швов, необходимых для соединения двух концов кровеносного сосуда у кролика, они использовали четыре шва и обернули концы сосудов биоразлагаемой сеткой, смоченной в CaproGlu и отвержденной небольшой дозой УФ-света, которая сшила аминокислоты. на поверхности ткани
В результате кровотечение из артерии сразу после процедуры было сопоставимо с тем, что наблюдается при наложении обычных швов. Когда через семь дней была собрана артерия, было показано, что она полностью зажила.
В отдельном эксперименте хирурги вставили CaproGlu, заполненный анестетиками, в икры крыс и вылечили их ультрафиолетовым светом, прежде чем рана была закрыта обычными швами.
Ученые сравнили активность этих крыс с двумя другими контрольными животными: крысами, которым вводили только анестетики, и крысами, которым вводили CaproGlu без анестетиков. Они не обнаружили заметных препятствий для движения крыс, которым вводили анестетики и CaproGlu, загруженный анестетиками, что позволяет предположить, что CaproGlu успешно доставляет местные анестетики с течением времени и может быть полезным способом продлить местную анестезию за пределы ее текущих пределов, а также действовать как платформа для доставки лекарств, таких как антикоагулянты, для предотвращения чрезмерного свертывания крови.
Команда также отметила отсутствие заметных побочных эффектов у животных, которым был имплантирован CaproGlu в кожу, что позволяет предположить, что он безопасен и биосовместим, как и ожидалось.
Поскольку биоадгезив растворяется и рассасывается в течение нескольких недель, для его удаления не требуется дополнительных посещений врача.
Стабильный срок хранения после стерилизации
Большой проблемой для биоадгезивов, представленных сегодня на рынке, является использование стандартного метода стерилизации хирургического оборудования и одноразовых материалов с использованием гамма-излучения.
Процесс гамма-стерилизации разрушает белки и активирует связывание как в акрилатных, так и в эпоксидных клеях.
В отличие от других хирургических адгезивов, доступных на рынке, в безбелковой рецептуре CaproGlu используется новый химический состав сшивания, на который не влияет гамма-стерилизация.
Механизм связывания, активируемый светом, образует цепные связи с аминокислотами на наноразмерном уровне даже после нескольких месяцев хранения и гамма-стерилизации, что делает производство и коммерциализацию CaproGlu потенциально менее дорогостоящими, чем те, которые основаны на белках и акрилатах.
На разработку их инновационного биокаучукового клея у исследовательской группы ушло пять лет, и он является предметом предварительного патента, поданного через NTUitive, университетскую инновационную и корпоративную компанию.
Финансирование и поддержка проекта включают Фонд стратегических совместных исследований Академической клинической программы NTU-Surgery, Грант на исследования больниц общего профиля Сингапура, Грант NTU-Северо-Западного института наномедицины, NTUitive Proof of Concept (Gap) Fund, A * Star Industry Alignment Fund (Pre -Позиционирование) и исследовательский фонд уровня 1 и 2 Министерства образования.
В дальнейшем объединенная команда будет стремиться провести дальнейшие эксперименты на животных и оценить эффективность CaproGlu в других приложениях, например, на костях и других органических поверхностях.