Materialforskare från Nanyang Technological University, Singapore (NTU Singapore) har uppfunnit en ny typ av kirurgiskt lim som kan hjälpa till att sammanfoga blodkärl och stänga sår snabbare och kan också fungera som en plattform för att leverera smärtlindrande läkemedel.

I en tidning publicerad i Elsevier's Biomaterial i juli tillsammans med läkare från Singapore General Hospital (SGH), NTU-forskarna visade att deras lim kan binda mjuka vävnader inklusive muskler och blodkärl, även när deras ytor är våta.

heter CaproGlu, det aktiveras av en låg dos ultraviolett (UV) ljus som härdar det på några sekunder, förvandla det från ett flytande lim till ett fast men flexibelt biogummi – ett biokompatibelt material som kan resorberas av vävnaden efter några veckor.

Teamet visade i djurexperiment att blodkärl kan återförenas med bara fyra stygn och ett nätomslag doppat i CaproGlu, jämfört med de vanliga åtta stygnen som krävs för en pålitlig och obehindrad sammanfogning. Författarna uppskattar att detta kommer att minska operationstiden med 25 procent, eftersom kirurger lägger mindre tid och ansträngning på att sy ihop blodkärl och vävnader.

Som visats i djurförsök, CaproGlu kan också användas för att tillföra lokalanestetika eller smärtstillande läkemedel till vävnader i kroppen, vilket kan vara användbart både under och efter en operation och skulle minska behovet av smärtlindrande medicin som ska ges efteråt.

Till skillnad från nuvarande biolim – som kräver att två kemikalier blandas före användning – är CaproGlu en flytande gellösning i en behållare som levereras färdig att använda.

Huvudförfattare av tidningen, Docent Terry W.J. Steele och seniorforskare Dr. Ivan Djordjevic, betonade att de flesta kirurgiska lim som finns på marknaden inte fungerar i vatten eller våta miljöer som finns i människokroppen.

"För att få vårt ljusaktiverade lim att fungera på våta vävnader, vi konstruerade vårt lim för att först ta bort vatten från ytan och på så sätt tillåta vidhäftning till de uttorkade ytorna, " sa Assoc Prof Steele.

"Denna unika fördel med att kunna binda med hög styrka i en våt miljö, förutom att vara biokompatibel, är det som gör CaproGlu så passande att användas i kirurgi och medicinska tillämpningar."

Vidhäftningsstyrkan för CaproGlu jämfördes med andra kommersiella biolim på marknaden och visade sig vara tre till sju gånger starkare, och är i nivå med skjuvstyrkan hos kollagen och muskelvävnad som finns i människokroppen.

Fördelar med CaproGlu

Uppfunnet av Assoc Prof Steele och Dr Djordjevic från NTU School of Materials Science and Engineering, CaproGlu kombinerar två ingredienser till en enkomponentsformulering som inte kräver tillsatser.

Den första är polykaprolakton - en biologiskt nedbrytbar polymer som har godkänts av United States Food and Drug Administration för specifika tillämpningar som används i människokroppen - och den andra:diazirin, en ljuskänslig molekyl som kan bilda starka bindningar när den aktiveras.

I deras forskningsartikel som publicerades i den vetenskapliga tidskriften Biomaterial , forskarna visade hur CaproGlu kunde användas som en del av en ny kirurgisk metod, där suturer används i kombination med ett lim. Istället för de konventionella åtta stygnen som behövs för att förena de två ändarna av ett blodkärl i en kanin, de använde fyra stygn och lindade kärländarna med ett biologiskt nedbrytbart nät doppat i CaproGlu och härdat med en liten dos UV-ljus som tvärbinder aminosyrorna på vävnadens yta

Som ett resultat, blödningen från artären omedelbart efter proceduren var jämförbar med vad som observeras från konventionella stygn. När den skördades sju dagar senare, artären visade sig ha läkt fullständigt.

I ett separat experiment, kirurgerna förde in CaproGlu laddad med bedövningsmedel i råttornas kalvar och botade dem med UV-ljus innan såret stängdes med konventionella stygn.

Forskarna jämförde aktiviteten hos dessa råttor med två andra kontroller:råttor som hade fått enbart bedövningsmedel och råttor som hade fått CaproGlu utan bedövningsmedel. De hittade inga märkbara rörelsehinder för råttorna som hade bedövningsmedel och CaproGlu laddade med bedövningsmedel, suggesting that CaproGlu is successful in delivering local anesthetics over time and could be a useful way to extend local anesthesia beyond its current limits and also to act as a drug delivery platform for medication such as anticoagulants to prevent excessive blood clotting.

The team also observed that there were no discernible side effects to the animals which had CaproGlu implanted in their skin, which suggested that it is safe and biocompatible as expected. Since the bioadhesive dissolves and resorbs within weeks, no follow up clinical visits would be required for its removal.

Stable shelf life after sterilization

A big challenge for bioadhesives on the market today is to cope with the standard method by which surgical grade equipment and disposables are sterilized using gamma irradiation.

The gamma sterilization process destroys proteins and activates bonding in both acrylate and epoxy adhesives.

Unlike other surgical adhesives available on the market, CaproGlu's protein-free formulation exploits new crosslinking chemistry unaffected by gamma sterilization.

The light-activated bonding mechanism forms chain links to amino acids at the nanoscale level, even after several months of storage and gamma sterilization, thus making CaproGlu's production and commercialisation potentially less costly than those based on proteins and acrylates.