Лазерные шелковые герметики превосходят швы для восстановления тканей
Исследователи, финансируемые NIBIB, разработали лазер-активируемые наноматериалы, которые интегрируются с поврежденными тканями, образуя герметики, превосходящие хирургические швы по способности удерживать жидкости организма и предотвращать бактериальную инфекцию.
Традиционные методы восстановления тканей после травмы или во время операции — швы и скобы — могут повреждать ткани и вызывать осложнения, включая инфекцию. Клеи и адгезивы были разработаны для решения некоторых из этих проблем, но могут создавать новые: токсичность, плохую адгезию и подавление естественных процессов заживления, таких как миграция клеток в рану.
Исследователи из Университета штата Аризона разрабатывают новую технологию герметиков, которая звучит как научная фантастика — лазер-активируемые наногерметики (LANS).
"LANS улучшают текущие методы, поскольку они значительно более биосовместимы, чем швы или скобы", — объясняет Дэвид Рампулла, директор программы NIBIB по биоматериалам. Повышенная биосовместимость означает меньшую вероятность того, что организм воспримет их как чужеродное, раздражающее вещество, что снижает риск повреждающей реакции иммунной системы.
Герметик изготовлен из биосовместимого шелка, в который внедрены крошечные частицы золота — наностержни. Лазер нагревает золотые наностержни для активации шелкового герметика. После активации наногерметик приобретает особые свойства, которые заставляют его мягко проникать или "переплетаться" с тканевыми белками, образуя прочное соединение. Золото было выбрано потому, что оно быстро остывает после лазерного нагрева, сводя к минимуму повреждение окружающих тканей от длительного воздействия тепла.
Было разработано два типа дискообразных LANS:
- Водостойкий — для использования в жидкой среде, например, при операции по удалению участка раковой кишки. Герметик должен работать в жидкой среде для повторного соединения концов кишечника. Герметичное соединение критически важно, чтобы бактерии из кишечника не просочились в кровоток, что может привести к серьезной инфекции крови — сепсису.
- Смешивающийся с водой — образует пасту для нанесения на поверхностные раны кожи.
Результаты испытаний:
- Водостойкий LANS (на образцах свиного кишечника) показал превосходящую прочность в тестах на давление разрыва по сравнению с кишечником, зашитым или склеенным. Его способность удерживать жидкость под давлением была аналогична неповрежденному кишечнику и в семь раз выше, чем у швов. LANS также предотвратил утечку бактерий из восстановленного кишечника.
- LANS-паста (на ранах кожи мышей) через два дня после нанесения обеспечила значительно более высокую прочность кожи по сравнению с клеем или швами. Кроме того, в коже было меньше нейтрофилов и клеточного дебриса, что указывает на менее выраженную иммунную реакцию на LANS.
"Наша комбинация интегрирующихся в ткани наноматериалов вместе со сниженной интенсивностью нагрева в этой системе является многообещающей технологией для будущего использования во всех областях медицины и хирургии", — сказал Каушал Реге, старший автор исследования. Помимо тонкой настройки параметров фотомеханического соединения системы, команда сейчас тестирует составы, которые позволят загружать и высвобождать различные лекарства с варьируемыми профилями отсроченного высвобождения для оптимизации лечения и заживления.