南洋理工大学研制新型生物胶,可快速恢复伤口并止痛

2020年08月27日

编者按

为了克服传统生物粘合剂在外科手术中的不足,南洋理工大学研究人员新发明的这一种名为“CaproGlu”的新型手术胶,可以帮助连接血管和更快地闭合伤口,并且还可以作为止痛药。

新型生物胶“CaproGlu”的研制

NTU研究人员在7月与新加坡总医院(Singapore General Hospital ,缩写SGH)的临床医生共同发表在Elsevier的Biomaterials上的一篇论文中,NTU研究人员表明,即使表面湿润,其胶水也可以粘合包括肌肉和血管在内的软组织。

该胶名为CaproGlu,低剂量紫外线(UV)可以在几秒钟内将其固化,然后将其从液态胶转变为固体但柔软的生物橡胶,几周后即可被组织吸收。

该小组在动物实验中表明,只需四针并用CaproGlu浸入网状包裹物即可重新连接血管,而可靠和通畅的连接通常需要八针。作者估计,由于外科医生花费更少的时间和精力缝合血管和组织,这将使手术时间减少25%

南洋理工大学研制新型生物胶,可快速恢复伤口并止痛

NTU研究人员展示研究成果,来源:NTU官网

如动物实验所示,CaproGlu也可用于将局部麻醉药或止痛药递送至体内组织,这在手术期间和术后均可能有用,并且将减少以后需要服用的止痛药。与当前的生物粘合剂不同(在使用前需要将两种化学物质混合),CaproGlu是一种即用型的液态凝胶解决方案。

该论文的主要作者,副教授Terry WJ Steele和高级研究员Ivan Djordjevic强调,市场上出售的大多数外科手术粘合剂在人体发现的水或潮湿环境中均不起作用。

“为了使我们的光活化胶水在湿纸巾上起作用,我们对胶水进行了设计,首先要从表面去除水分,从而使其附着在脱水的表面上,”Steele教授说。

将CaproGlu的粘合强度与市场上的其他商用生物粘合剂进行了比较,发现其强度是其三到七倍,并且与人体中胶原蛋白和肌肉组织的强度相当。

新型生物胶“CaproGlu”的优势

NTU材料科学与工程学院的副教授Terry WJ Steele和高级研究员Ivan Djordjevic提出,CaproGlu将两种成分组合成不需要添加剂的单组分配方。

第一种是聚己内酯(一种可生物降解的聚合物,已被美国食品和药物管理局批准用于人体的特定用途),第二种是二嗪胺,一种对光敏感的分子,在活化后可以起到稳固的连接作用。

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CaproGlu的粘合强度和弹性,图片来源:《Biomaterials》

在发表在科学杂志《Biomaterials》上的研究论文中,科学家们证明了CaproGlu如何被用作一种新的外科手术方法的一部分。

他们使用四针并用蘸有CaproGlu的可生物降解的网眼包裹血管末端,并用少量紫外线用于治疗,从而使组织表面的氨基酸交联。结果,在手术后立即从动脉渗出的出血与常规缝合中观察到的相当,7天后动脉已经完全愈合。

在另一个的实验中,外科医生将装有麻醉剂的CaproGlu插入大鼠的小腿,并用UV光将其治愈,然后再用常规缝线缝合伤口。通过与其他两个对照组进行了比较:单独接受麻醉的大鼠和未经麻醉而接受CaproGlu的大鼠。研究发现得出,CaproGlu可以提供局部麻醉的作用。

研究小组还观察到,将CaproGlu植入其皮肤的动物没有明显的副作用,这表明它是安全的且具有生物相容性

灭菌后稳定的保质期

当今市场上生物粘合剂的一大挑战是应对使用伽玛辐照对外科手术级设备和一次性用品进行灭菌的标准方法。伽马灭菌过程会破坏蛋白质并激活丙烯酸酯和环氧胶粘剂之间的键合。

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UVA固化和伽马灭菌对重氮结构的影响,来源:《Biomaterials》

与市场上的其他外科手术粘合剂不同,CaproGlu的无蛋白配方采用了新的交联化学,不受伽马灭菌的影响。

即使在几个月的储存和伽马灭菌之后,光激活的键合机制仍可在纳米级形成与氨基酸的链连接,从而使CaproGlu的生产和商业化成本可能低于基于蛋白质和丙烯酸酯的生产和商业化成本。

他们的生物橡胶胶创新耗费了研究团队五年的开发时间,并且是该大学的创新和企业公司NTUitive申请的一项临时专利的主题。

未来,联合团队将寻求进行进一步的实验,并评估CaproGlu在其他应用中的性能,例如在骨骼和其他有机表面上的性能。

参考文献:

Paper titled “CaproGlu: Multifunctional tissue adhesive platform”, published in Biomaterials, 11 July 2020.

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