NIBIB-finansierade forskare har utvecklat laseraktiverade nanomaterial som integreras med sårade vävnader för att bilda tätningar som är överlägsna suturer för att innehålla kroppsvätskor och förhindra bakteriell infektion.

Vävnadsreparation efter skada eller under operation utförs konventionellt med suturer och häftklamrar, som kan orsaka vävnadsskada och komplikationer, inklusive infektion. Lim och lim har utvecklats för att ta itu med några av dessa frågor men kan introducera nya problem som inkluderar toxicitet, dålig vidhäftning, och hämning av kroppens naturliga läkningsprocesser, såsom cellmigration in i sårutrymmet.

Nu, forskare som finansieras av NIBIB vid Arizona State University utvecklar en ny tätningsteknik som låter lite som science fiction-laseraktiverade nanosealants (LANS).

"LANS förbättrar nuvarande metoder, eftersom de är betydligt mer biokompatibla än suturer eller häftklamrar, "förklarar David Rampulla, Ph.D., chef för NIBIB -programmet i biomaterial. "Ökad biokompatibilitet innebär att de är mindre benägna att ses som en främling, irriterande ämne, vilket minskar risken för en skadlig reaktion från immunsystemet. "

Dock, biokompatibilitet innebär inte enkelhet. Arizona-gruppen har utvecklat denna teknik genom att noggrant välja och testa materialet i tätningsmedlet samt den specifika typen av laserljus som behövs för att aktivera tätningsmedlet utan att orsaka värmeinducerad kollaterad vävnadsskada.

Tätningsmedlet är tillverkat av biokompatibelt siden som är inbäddat med små guldpartiklar som kallas nanoroder. Lasern värmer guldnanoroderna för att aktivera silketätningen. Efter aktivering, siden nanosealant har speciella egenskaper som får det att försiktigt flytta in i eller "interdigitera" med vävnadsproteinerna för att bilda en robust tätning. Guld användes eftersom det svalnar snabbt efter laseruppvärmning, minimera eventuell perifer vävnadsskada från långvarig värmeexponering.

Två typer av skivformade LANS utvecklades. Den ena är vattentät för användning i flytande miljöer, såsom kirurgi för att ta bort en del av cancertarmen. Tätningsmedlet måste fungera i en flytande miljö för att åter fästa ändarna av tarmen. En läcksäker tätning är avgörande för att säkerställa att bakterier i tarmen inte läcker ut i blodomloppet där det kan resultera i den allvarliga blodinfektionen som kallas sepsis.

Det vattenresistenta LANS testades för reparation av prover av gristarm. Jämfört med suturerad och limmad tarm, LANS visade överlägsen styrka vid tester av burst -tryck, mätt genom att pumpa vätska i tarmen. Specifikt, LANS förmåga att innehålla vätska under tryck liknade oskadad tarm och sju gånger starkare än suturer. LANS förhindrade också bakterieläckage från den reparerade tarmen.

Den andra typen av LANS blandas med vatten för att bilda en pasta som kan appliceras på ytliga sår på huden. Denna typ testades på reparation av ett mushudsår och jämfördes med både suturerad hud och hud som reparerades med ett lim. LANS gjordes till en pasta, appliceras på hudskärningen och aktiveras med lasern runt tätningsmedlets kanter.

Två dagar efter ansökan, LANS resulterade i signifikant ökad hudstyrka jämfört med limet eller suturerna. Dessutom, huden hade färre neutrofiler och cellulärt skräp, vilket indikerar att det fanns en mindre immunreaktion mot LANS.

"Våra resultat visade att vår kombination av vävnadsintegrerande nanomaterial, tillsammans med den minskade värmeintensitet som krävs i detta system är en lovande teknik för eventuell användning inom alla områden inom medicin och kirurgi, "sa Kaushal Rege, Ph.D., Professor i kemiteknik vid Arizona State och seniorförfattare till studien. "Förutom att finjustera systemets fotokemiska bindningsparametrar, vi testar nu formuleringar som gör det möjligt att ladda och släppa läkemedel med olika mediciner och med olika profiler för tidsfrisättning som optimerar behandling och läkning. "