Bråck är en av de vanligaste mjuka vävnadsskadorna. Bråck bildas vid intraabdominalt innehåll, såsom en ögla i tarmen, tränger sig igenom svaga, defekta eller skadade områden i bukväggen.

Tillståndet kan utveckla allvarliga komplikationer, därför kan reparation av bråck rekommenderas. Reparation består av att kirurgiskt implantera ett protesnät för att stödja och förstärka den skadade bukväggen och underlätta läkningsprocessen. Dock, för närvarande använda nätimplantat är associerade med potentiellt negativa efterkirurgiska komplikationer.

"Även om bråcknätimplantat är mekaniskt starka och stöder bukvävnad, får patienten att känna sig bekväm först, det är ett vanligt problem att implantatet cirka tre dagar efter operationen kan driva fram inflammation som inom två till tre veckor kommer att påverka organ i närheten, sa Dr Crystal Shin, biträdande professor i kirurgi vid Baylor College of Medicine och huvudförfattare till denna studie som letar efter en lösning på postkirurgiska bråckkomplikationer.

Meshimplantat misslyckas mestadels eftersom de främjar tarmens vidhäftning, lever eller andra inre organ till nätet. När vidhäftningarna växer, nätet krymper och stelnar, kan leda till kronisk smärta, tarmobstruktion, blödningar och dålig livskvalitet. Vissa patienter kan behöva en andra operation för att reparera det misslyckade först. "Inflammation är också ett allvarligt problem, " sa Dr Ghanashyam Acharya, docent i kirurgi vid Baylor. "För närvarande, inflammation kontrolleras med medicin eller antiinflammatoriska läkemedel, men dessa läkemedel stör också läkningsprocessen eftersom de blockerar migrationen av immunceller till skadestället. "

"För att ta itu med dessa komplikationer, vi utvecklade ett icke-farmakologiskt tillvägagångssätt genom att designa ett nytt nät som, förutom att ge mekaniskt stöd till skadeplatsen, fungerar också som ett inflammationsmodulerande system, " sa Shin.

Motsatser lockar

"En stor innovation för vår design är utvecklingen av ett Biomesh som kan minska inflammation och, som ett resultat, minimera vävnadshäftning till nätet som leder till smärta och misslyckande i operationen, " sa Shin. Inflammatoriska mediatorer som kallas cytokiner dyker upp där nätet implanteras några dagar efter operationen. Några av de viktigaste cytokinerna i implantatet, IL1-p, IL6 och TNF-α, har en positiv ytladdning på grund av närvaron av aminosyrorna lysin och arginin.

"Vi antog att Biomesh med en negativ ytladdning skulle fånga de positivt laddade cytokinerna, eftersom motsatta elektriska laddningar attraheras till varandra, "Acharya sa." Vi förväntade oss att infångning av cytokinerna i nätet skulle minska deras inflammatoriska effekt och förbättra bråckreparation och läkningsprocessen. "

För att testa deras nya idé, forskarna använde en 3D-bioprinter för att tillverka Biomesh av en polymer som kallas fosfat tvärbunden poly (vinylalkohol) polymer (X-PVA). Genom grundliga experiment, de optimerade de mekaniska egenskaperna så att nätet skulle motstå maximalt buktryck upprepade gånger utan att dess mekaniska styrka försämrades under flera månader. De visade också att deras Biomesh inte bröts ned eller minskade dess elastiska egenskaper över tid och inte var giftigt för mänskliga celler.

Skenben, Acharya och deras kollegor har bekräftat i labbet att denna Biomesh kan fånga positivt laddade cytokiner. Uppmuntras av dessa resultat, forskarna testade deras Biomesh i en råttmodell för reparation av bråck, jämför det med en typ av nät som används i stor utsträckning kliniskt för kirurgisk bråckreparation.

Nydesignad 3D-tryckt Biomesh minimerar efterkirurgiska komplikationer av reparation av bråck i en djurmodell

Den nydesignade Biomesh minimerade effektivt efterkirurgiska komplikationer av bråckreparation i en djurmodell. Forskarna undersökte Biomesh i fyra veckor efter att det implanterades. De fann att det nydesignade Biomesh hade fångat ungefär tre gånger mängden cytokiner som fångats av det vanliga nätet. Cytokiner är kortlivade i kroppen. När de försämras, de gör det möjligt för nätet att fånga fler cytokiner.

Viktigt, inga inre vävnader hade fastnat för den nydesignade Biomesh, medan vävnadsadhesionen var extrem i fallet med det vanliga nätet. Dessa resultat bekräftade att det nya Biomesh är effektivt för att minska effekterna av det inflammatoriska svaret och förhindra viscerala vidhäftningar. Dessutom, det nya nätet hindrade inte läkning av bukväggen efter kirurgisk bråckreparation i djurmodeller.

"Denna Biomesh är unik och utformad för att förbättra resultaten och minska akuta och långsiktiga komplikationer och symtom i samband med reparation av bråck. Med mer än 400, 000 bråckreparationsoperationer utförs varje år i USA, det nya Biomesh skulle uppfylla ett stort otillfredsställt behov, "Shin sa. "Det finns inget sådant multifunktionellt sammansatt kirurgiskt nät tillgängligt, och utvecklingen av ett brett tillämpbart Biomesh skulle vara ett stort framsteg i den kirurgiska reparationen av bråck och andra mjukdelsdefekter. Vi genomför ytterligare prekliniska studier innan vårt tillvägagångssätt kan översättas till kliniken. Att tillverka biomesh är mycket reproducerbart, skalbar och modifierbar."

"Det här konceptet att kontrollera inflammation genom materialens fysikalisk -kemiska egenskaper är nytt. Nätet var ursprungligen utformat för mekanisk styrka. Vi frågade oss själva, kan vi skapa en ny typ av nät genom att använda de fysiska och kemiska egenskaperna hos material?" sa Acharya. "På 1950-talet, Dr. Francis C. Usher vid Baylor's Department of Surgery utvecklade det första polypropennätet för bråckreparation. Vi har utvecklat ett nästa generations mesh som inte bara ger mekaniskt stöd utan också spelar en fysiologisk roll för att minska det inflammatoriska svaret som orsakar betydande kliniska problem." Läs hela studien i tidskriften Avancerade material .