a, Schematisk representation av adhesionsbildning mellan två vävnader. b, Schematisk representation av tidigare tillvägagångssätt för att förhindra sammanväxningar med hjälp av solida adhesionsbarriärer för att fysiskt separera organ och vävnader. Sådana stationära vidhäftningsbarriärer inkluderar de två mest kända kommersiella produkterna, Seprafilm (film) och Interceed (tyg), och kovalent tvärbundna hydrogeler bildade genom in situ polymerisation av prekursormakromerer. Vårt tillvägagångssätt använder dynamiskt tvärbundna, skjuvförtunning, självläkande och viskoelastiska polymerhydrogeler som placeras mellan organ och vävnader, tillåta dessa strukturer att röra sig naturligt. c, Våra material utnyttjar multivalenta och dynamiska icke-kovalenta interaktioner mellan hydrofobiskt modifierad HPMC-C12 och PEG-PLA för att bilda hydrogeler som kan sprayas med standardutrustning, vidhäftar till vävnad (HPMC-C12 är vävnadsadhesiv) och tillhandahåller en viskoelastisk barriär mellan organ och vävnader för att hämma adhesionsbildning. Kreditera: Nature Biomedicinsk teknik (2019). DOI:10.1038/s41551-019-0442-z
Forskare vid Stanford University har funnit att sprayning av en gel på djurens inre vävnader efter hjärtkirurgi minskar kraftigt sammanväxningar, fibrösa band som bildas mellan inre organ och vävnader. Vidhäftningar kan orsaka allvarliga, till och med dödlig, komplikationer.
Gelen, utvecklat på Stanford för att leverera mediciner, var mycket effektivare än vidhäftningsförebyggande material som för närvarande finns på marknaden, sa forskarna. Det verkade vara säkert i djurstudien.
"Skillnaden mellan vad vi såg efter att ha använt gelen och vad vi normalt ser efter operationen var drastisk, sa Joseph Woo, MD, professor och ordförande för kardiothoraxkirurgi och Norman E. Shumway-professorn.
En artikel som beskriver forskningen publicerad den 7 augusti i Nature Biomedicinsk teknik . Woo och Eric Appel, Ph.D., en biträdande professor i materialvetenskap och teknik, är seniorförfattarna. Lyndsay Stapleton, en doktorand i bioteknik, är huvudförfattare.
Sammanväxningar bildas efter 95 % av operationerna. Vissa är ofarliga, men efter bukoperationer, de kan vrida eller komprimera tarmarna, orsakar livshotande blockeringar. Gynekologisk kirurgi kan också leda till sammanväxningar som orsakar infertilitet. Vid hjärtoperationer, vanligt för dem som är födda med hjärtfel, sammanväxningar ökar risken för komplikationer.
Tidigare metoder, många misslyckanden
Metoder för att förhindra vidhäftningar – inklusive djurmembran, ark av gummi och mineralolja - har funnits i mer 100 år, men de har mest misslyckats. Nuvarande vidhäftningsbarriärer som godkänts av Food and Drug Administration används sällan; de är svåra att använda och anses vara ineffektiva.
Stanfordforskarna hade länge funderat på en lösning på vidhäftningsproblemet. Men en dag, när Stapleton arbetade med laboratorieråttor för att utveckla en injicerbar terapi för att minska vävnadsskador efter en hjärtattack, Appel föreslog att hon skulle försöka spraya en polymer-nanopartikelhydrogel på hjärtan och omgivande vävnad efter operationen för att se om det minskade bildandet av vidhäftningar. Veckor senare, när hon opererade djuren igen, hon såg att inga sammanväxningar hade bildats.
"Det var ganska slående, sa hon. Jag tänkte, 'Åh wow, vi kan vara inne på något här."
Forskarna bestämde sig för att genomföra en studie. Först, de formulerade ytterligare fyra geler med en rad egenskaper. Sedan, efter att ha framkallat hjärtinfarkt hos råttor, de delade slumpmässigt in djuren i åtta behandlingsgrupper:fem som var och en fick en annan gel, två som fick kommersiellt tillgängliga vidhäftningsbarriärer och en som inte fick någon behandling.
Fyra veckor senare, råttorna som inte hade fått någon behandling eller någon av de två kommersiella vidhäftningsbarriärerna hade bildat täta sammanväxningar:Deras hjärtan var kopplade till deras bröstväggar. Råttorna som behandlades med två av de fem gelerna hade bildat måttliga till täta vidhäftningar. Råttorna som behandlats med de andra tre gelerna klarade sig mycket bättre, med mycket få vidhäftningar. PNP 1:10, gelen Stapleton från början provade, helt förhindrade vidhäftningar.
Forskarna testade sedan PNP 1:10 på får, vars hjärtan i storlek och form liknar mänskliga hjärtan; de hittade liknande resultat.
Som majonnäs
PNP 1:10 var tillräckligt styv för att hålla fast, men inte så stel att den lossnade från organen, sa Appel. "Det var en sorts Guldlocks söta plats." Han jämförde PNP 1:10 med majonnäs:tjock, men lätt bredbar. Den egenskapen gör att den kan sprayas på ett organ men sedan omedelbart återställa sin ursprungliga styrka.
Gelen har också den idealiska spänningen mellan klibbighet och hala:"Den täcker alla de oregelbundna ytorna i hjärtat, fäster vid vävnaderna, men inte för sig själv, " sa Woo.
Och det är flexibelt, låter hjärtat slå:"Gelen hindrar inte vävnader från att röra sig, ", sa Appel. "Det ger helt enkelt en fysisk barriär för att hindra dem från att fastna vid varandra."
PNP 1:10 löses upp och absorberas av kroppen cirka två veckor efter appliceringen - tillräckligt med tid för att läkning ska ske, sa Appel. PNP 1:10 är inte godkänt för användning på patienter, men den är gjord av komponenter som Food and Drug Administration har godkänt. Som en del av studien, forskarna testade råttorna för att se om de visade någon reaktion på gelen; de såg inga avvikelser i de omgivande vävnaderna eller i blodet.
Forskarna planerar nästa att prova PNP 1:10 vid bukkirurgi på råttor. De hoppas kunna genomföra mänskliga försök snart.
