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傷口消毒愈合

UV應用

傷口消毒愈合

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  傷口的處理一直是醫學上的一個重要話題。在醫學技術不發達的古代,人們甚至會采用燒紅的烙鐵等令人發指的方法來處理傷口以避免感染。在醫學技術相當發達的今天,外科手術後傷口通常需要采用縫合或者吻合的方式來進行處理,以便傷口可以愈合。對於人體內部器官的手術由於體液等的存在,傷口的處理會變得更加複雜。另外,無論是縫合還是吻合的方式,對於傷口周邊的組織其實也造成了二次傷害,這並不利於傷口的有效愈合。

  由美國東北大學、哈佛醫學院、麻省理工學院和澳大利亞悉尼大學等多家機構共同研究開發的一種可光固化的水凝膠,可以在60秒之內通過和傷口的緊密接觸來對傷口進行封閉,並且不會影響器官的收縮和鬆弛,同時還可以自然降解,而且這個降解時間可以根據傷口的類型來進行調節。降解後不會在身體內有任何的殘留。讓彩票汇先來看一段悉尼大學Anthony S. Weiss教授對這一新研究成果的介紹視頻吧。

  這種新型的可光固化的水凝膠是一種甲基丙烯酸酯化的彈性蛋白原(Methacrylated Tropoelastin),簡稱為MeTro。和已有的商業化醫用密封劑相比,MeTro具有極好的粘附力和機械性能,而且它一旦和組織表麵接觸之後就會凝固成凝膠狀而不會流失,然後再通過紫外線照射進行進一步的穩定化。這一特點使得MeTro可以被精確地放置在需要的位置,並和組織表麵的結構緊密連接並相互鎖定。

傷口消毒愈合;傷口消毒

  Anthony S. Weiss教授介紹,“這一產品的潛在應用非常強大——包括比如車禍以及戰區所造成的嚴重內傷的處理,以及改進醫院外科手術的效果。”“這一技術的下一個階段將是進行臨床試驗。MeTro在一係列不同的設定條件下都有效,而且可以解決其他商業醫用密封劑無法解決的問題。彩票汇現在已經準備好將彩票汇的研究轉移到在人體上麵進行測試。我希望MeTro可以很快被用於臨床應用,從而拯救更多的生命。”Elastagen公司正在對這一技術進行商業化。

  下麵彩票汇從一個化學人的角度來了解一下這個神奇的醫用UV膠MeTro。

  對於彈性組織工程材料的金科玉律是,材料必須是可以成模、極富彈性、生物相容的基於人體蛋白質的聚合物,可被多種細胞包埋並可在材料表麵增殖。可用的彈性材料有很多種,比如聚矽氧烷、聚氨酯、聚羥基烷酸酯、聚檸檬酸二醇酯、聚癸二酸甘油酯和雜化藻朊酸鹽/聚丙烯酰胺等。但是大多數人工合成的化學彈性材料都具有這樣或那樣的局限。比如,在合成過程中可能需要高溫和具有生物毒性的試劑,使得他們對於可能的細胞包覆不相容。而MeTro所采用的則是一種仿生的方式,使用了取自廣泛存在於人體彈性組織中彈性蛋白的新型工程彈性材料。比如,人體的血管、皮膚、心髒、膀胱和彈性軟骨中都包含彈性蛋白。而彈性蛋白原是彈性蛋白的天然單體前驅體,因此基於重組的彈性蛋白原如能在一分鍾之內通過光交聯形成蛋白質組織,那將會帶來等效的彈性組織。

  人體中大多數的彈性蛋白都是在子宮中通過賴氨酰氧化酶對賴氨酸的特定氧化來使得彈性蛋白原進行緩慢交聯而得到的。多種交聯方法被用來從重組人彈性蛋白原、α-彈性蛋白和類似彈性蛋白的多肽來生產三維的基於彈性蛋白的水凝膠。這些水凝膠總體來說具有很好的生物相容性,以及在生物體外和體內支持細胞生長的能力。但是,低機械性能和對這些水凝膠三維結構不均一的細胞滲透卻是問題。另外,在製造這些水凝膠過程中所采用的化學交聯劑、有機溶劑、延長的紫外線照射和高壓力等一些具有生物毒性的條件,使得水凝膠在形成過程中無法進行切實可行的細胞包埋。 而這裏所使用的合成路徑則是采用對甲基丙烯酸酯化彈性蛋白原的短時間光引發交聯,從而產生了

  具有高度彈性的三維可負載細胞的基於彈性蛋白原的水凝膠。所使用的彈性蛋白原在每個分子上含有35個賴氨酸殘基。這種方法可以通過改變甲基丙烯酸酯化程度和聚合物濃度來控製所得到彈性水凝膠的物理性能,包括孔特性、溶脹性能和機械性能。

  甲基丙烯酸酯化的彈性蛋白原(MeTro)的合成

  彈性蛋白原溶於PBS中(10% w/v),加入甲基丙烯酸酐(MA)在4°C下反應12小時進行酯化。然後將該溶液在4°C用蒸餾水透析48小時,凍幹後得到甲基丙烯酸酯化的彈性蛋白原(MeTro)。使用不同濃度(如8,15,20%)的甲基丙烯酸酐可以得到不同酯化程度的產物。

  用於性能測試的水凝膠的製備

  具有不同甲基丙烯酸酯化度的MeTro大分子單體被用來製造光交聯的MeTro水凝膠。不同濃度的MeTro的PBS溶液(如5,10,15% w/v)在4°C條件下加入0.5%的光引發劑Irgacure 2959 (化學名:1-[4-(2-羥乙氧基)-苯基]-2-羥基-2甲基丙酮)。采用10微升移液器將該溶液放置到采用150微米隔片隔離開的兩個玻片之間,然後采用6.9mW/cm²的UV光(波長360–480 納米)照射35秒,從而得到光交聯的MeTro凝膠。

  所合成的MeTro水凝膠具有可控的物理性能,可以被用於細胞包埋的三維彈性環境以及細胞附著和生長的二維薄膜。這些水凝膠可以被製作成各種形狀和尺寸,並表現出和其他由彈性蛋白原得到的水凝膠及合成彈性體不同的下列幾大優點:

  1. MeTro凝膠在35秒時間內即可快速成型,這比化學交聯型的彈性蛋白基水凝膠通常所需要的時間(約24小時)要大大縮短;

  2. 在水性溶液中對MeTro凝膠進行光交聯可以消除其他水凝膠做合成過程中對毒性交聯劑和有機溶劑的使用;

  3. 通過MeTro可以直接對細胞進行快速包覆的潛在可能性,使得細胞可以顯著地分散到基質中,克服由於如孔隙率低、空隙連通性差和小孔徑等一些常見問題而導致的細胞對三維基質滲透極小的問題;

  4. 和聚氨酯等其他的合成彈性體不同,這種可生物降解的MeTro水凝膠的使用不會導致在活體內降解所導致的生物毒性,因為這種凝膠是從人體蛋白質中所獲取的;

  5. 基於彈性蛋白原的材料相對於如PGS等一些其他的可生物降解彈性體來說,性能更加穩定,這提供了在新的組織形成之前的機械支撐;

  6. 全分泌彈性蛋白氨基酸序列,包括具有細胞交互能力的C-末端的存在為MeTro凝膠提供了內源性整合素αVβ3細胞結合位點,使之具有了細胞交互功能。

  不同甲基丙烯酸酯化程度MeTro水凝膠材料的一些機械性能 采用這種方法所合成的基於人體蛋白質可以負載細胞的水凝膠MeTro材料,具有極其卓越的性能,包括高可延展性、受力和去除後的可恢複性,以及快速聚合能力、合成方法容易,可適用於三維細胞包埋和二維細胞種植等。這些特點使得MeTro所構建的是一種獨特的用於對彈性有要求而同時又允許細胞包埋和表麵生長的多功能組織工程材料。相信這一光固化產品一旦在得到商品化之後,將會對創傷修複以及臨床外科手術帶來一次巨大的革命。

  參考資料 https://sydney.edu.au/news-opinion/news/2017/10/05/_squirtable_-elastic-surgical-glue-seals-wounds-in-60-seconds.html

  N.Annabi, S. M. Mithieux, P. Zorlutuna, G. Camci-Unal, A. S. Weiss, A.Khademhosseini, Engineered cell-laden human protein-based elastomer.Biomaterials 34, 5496–5505 (2013).

  NasimAnnabi, Yi-Nan Zhang, Alexander Assmann, Ehsan Shirzaei Sani, George Cheng,Antonio D. Lassaletta, Andrea Vegh, Bijan Dehghani, Guillermo U. Ruiz-Esparza,Xichi Wang, Sidhu Gangadharan, Anthony S. Weiss, Ali Khademhosseini, Engineeringa highly elastic human protein–based sealant for surgical applications, ScienceTranslational Medicine 9, 7466-7479 (2017)