Хирургический скотч
Инженеры Массачусетского технологического института разработали прочный, гибкий и биосовместимый липкий пластырь, который можно легко и быстро наносить на живые ткани и органы, чтобы закрыть разрывы.
В многочисленных экспериментах группа показала, что пластырь можно быстро приклеить на крупные разрывы в толстой кишке, желудке и тонком кишечнике различных животных моделей. Клей прочно прилипает к тканям в течение нескольких секунд и держится более месяца. Он гибкий и способен растягиваться и сжиматься вместе с функционирующим органом по мере его заживления. Когда дефект восстанавливается, пластырь постепенно разлагается, не вызывая воспаления и не прилипая к окружающим тканям.
Группа предполагает, что новый хирургический пластырь можно будет использовать в операционных в качестве быстрой и безопасной альтернативы шовному материалу или для усиления сшитых дефектов в кишечнике и других полых органах.
Новый хирургический пластырь создан на основе разработанного группой в 2019 году дизайне двусторонней ленты. Она была липкой с обеих сторон и предназначалась для соединения двух влажных поверхностей. Клей в ней был изготовлен из полиакриловой кислоты – абсорбирующего материала, который высыхает и впитывает влагу при контакте с влажной поверхностью или тканью, в процессе временно прилипая к ткани. Исследователи добавили сложные NHS-эфиры – химические соединения, которые могут связываться с белками, образуя более прочные связи. Клей также укрепили желатином или хитозаном – натуральными ингредиентами, которые помогают сохранять форму ленты.
Эта двусторонняя лента прочно связывает различные ткани вместе. Но, проконсультировавшись с хирургами, исследователи поняли, что односторонняя версия более практична.
Хирурги обычно устраняют дефекты органов желудочного тракта с помощью хирургических швов. Но наложение швов требует навыка, а после операции они могут привести к образованию рубцов вокруг травмы. Сшитая ткань также может разойтись, вызывая вторичные осложнения, включая сепсис.
Исследователи сначала усовершенствовали липкую часть, заменив желатин и хитозан более стойким гидрогелем – в данном случае поливиниловым спиртом. Это позволило сохранить физическую стабильность клея более месяца – достаточно долго, чтобы зажила типичная травма кишечника. Они также добавили второй, неадгезивный верхний слой, чтобы пластырь не прилипал к окружающей ткани. Этот слой был изготовлен из биоразлагаемого полиуретана, который имеет примерно такую же растяжимость и жесткость, как и ткань кишечника.
В экспериментах данная версия пластыря прилипала к тканям, но потом набухала из-за насыщения гидрогеля жидкостью. Эта привело к натяжению и разрыву ленты и раскрытию дефекта, который она должна была запечатать.
Гидрогель естественным образом набухает, и чтобы преодолеть эту проблему, исследователи применили простой трюк: они немного растянули липкий слой, затем ввели неадгезивный слой, чтобы при наложении на живую ткань это предварительное растяжение устраняло отек.
Конструкция и механизм действия хирургического пластыря. (А) Схема устранения дефектов желудочно-кишечного тракта с помощью швов. (B) Схема бесшовного устранения дефектов желудочно-кишечного тракта с помощью пластыря. (C) Изображение сухого пластыря и схематическая иллюстрация (слева внизу) его структуры, состоящей из гладкого верхнего слоя и биоадгезивного (липкого) нижнего слоя. (D) Схематическое изображение компонентов пластыря и алгоритм бесшовного устранения дефектов желудочно-кишечного тракта.
Эффективность новой версии пластыря была испытана в экспериментах. Когда его поместили в культуру с человеческими эпителиоцитами, клетки продолжали расти, доказывая, что пластырь биосовместим. При имплантации под кожу крыс пластырь разлагался примерно через 12 недель без каких-либо токсических эффектов.
Исследователи также наложили пластырь на дефекты в толстой кишке и желудке грызунов и обнаружили, что он прочно удерживается до полного заживления, приводя к минимальному образованию рубцов и воспаления по сравнению со стандартным ушиванием.
Наконец, группа применила пластырь для закрытия дефектов толстой кишки свиней и отметила, что животные продолжали нормально питаться, не демонстрируя лихорадки, вялости или других неблагоприятных последствий для здоровья. Через четыре недели дефекты полностью зажили.
Таким образом, эксперименты показывают, что хирургический пластырь потенциально может безопасно восстанавливать повреждения желудочно-кишечного тракта и других полых органов. Авторы будут дорабатывать клей и надеются получить одобрение FDA для тестирования пластыря в клинических исследованиях.
Статья J.Wu et al. An Off-the-Shelf Bioadhesive Patch for Sutureless Repair of Gastrointestinal Defects опубликована в журнале Science Translational Medicine, полный текст можно прочитать на сайте препринтов bioRxiv.
Аминат Аджиева, портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам Massachusetts Institute of Technology: Engineers develop surgical “duct tape” as an alternative to sutures.