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Facendo uso delle barriere dell'idrogel efficacemente per impedire le aderenze post-chirurgiche

A seguito di chirurgia all'interno delle intercapedini addominali o pelviche, il tessuto della cicatrice spesso si forma sui rivestimenti interni di queste intercapedini e può aderire agli organi che sono trovati all'interno di loro. Questa aderenza si presenta in 93% di questi pazienti e può pregiudicare gli intestini, il fegato, la vescica urinaria, la cistifellea e gli organi riproduttivi femminili. In fino a 20% dei casi di aderenza, le complicazioni serie possono sorgere, compreso dolore addominale o pelvico cronico, i problemi di fertilità o l'ostruzione intestinale. Ciò non solo provoca la sofferenza e la mortalità pazienti aumentate ma aggiunge oltre $1 miliardo nei costi supplementari dell'ospedale negli Stati Uniti da solo.

Un metodo comunemente usato di combattimento del questo problema è di usare le pellicole sintetiche disponibili nel commercio come barriere di aderenza. Tuttavia, ci sono a volte le difficoltà nell'applicazione delle queste pellicole con un grado sufficiente di conformità alle superfici irregolari e possono anche essere fragili e difficili da trattare. Ulteriormente, non è possibile usare le pellicole per le procedure piccolo-portali quali cateterizzazione e le laparoscopie e la loro efficacia globale è stimata a 25%.

Con uno sforzo di collaborazione dell'multi-istituto, che gli scienziati inclusi dalla Harvard University e il Terasaki istituiscono per innovazione biomedica (TIBI), un metodo è stato messo a punto per sormontare queste sfide e per produrre una barriera più efficace di anti-aderenza con alcuni vantaggi aggiunti.

I ricercatori in primo luogo hanno scelto un polimero chiamato un idrogel che è stato fatto con i nanoplatelets del silicato (SNPs). Questo idrogel era scelto dovuto le sue capacità d'assottigliamento - la capacità di deformare nell'ambito dello sforzo e poi rapidamente auto-di recuperare e modellarsi per misura lo spazio desiderato. Ciò le ha reso l'ideale per l'iniezione o per la polverizzazione su una superficie con la copertura completa e costante. I ricercatori potevano egualmente formulare questa barriera d'assottigliamento dell'idrogel (STHB) per solidificare senza la polimerizzazione supplementare o punti unire con legami atomici incrociati che altri idrogel richiedono. Per impedire l'infiltrazione, l'aderenza e la crescita del tessuto della cicatrice producendo le celle, un polimero chiamato l'ossido del polietilene (PEO), sono state incluse nella miscela dell'idrogel.

L'estesa prova è stata eseguita sulle varie formulazioni dell'idrogel per ottimizzare la sui abilità d'assottigliamento, injectability, caratteristiche dello spruzzo e stabilità strutturale. Le prove microscopiche di osservazione egualmente sono state effettuate per determinare l'efficacia di PEO nell'impedire l'aderenza delle celle producenti cicatrice. I risultati hanno indicato che le formulazioni ottimali dello STHB hanno dimostrato i beni meccanici superiori e la prevenzione più efficace di aderenza delle cellule che gli idrogel di controllo pronti senza SNPs o PEO.

Le prove animali di macchiatura e del modello hanno confermato questi risultati iniziali. Gli esperimenti sono stati eseguiti sui ratti chirurgicamente danneggiati facendo uso di uno STHB o di una barriera della pellicola commerciale impiantata sui loro rivestimenti addominali. Dopo il periodo postoperatorio standard di due settimane, le aderenze risultanti visivamente sono state ispezionate e classificato state. La formulazione di optimum STHB ha esibito il più alta efficacia nell'impedire l'aderenza cellulare sopra la barriera della pellicola o i trattamenti negativi di controllo (nessuna barriera).

Gli esperimenti di macchiatura hanno dato uno sguardo più attento a formazione del tessuto della cicatrice a partire dalle prove di aderenza di modello animali. Gli esami al microscopio hanno rivelato che i ratti senza le barriere impiantate hanno mostrato le bande di prima scelta di formazione del tessuto della cicatrice, mentre gli oggetti della barriera della pellicola hanno esibito le bande di qualità inferiore del tessuto della cicatrice e la formulazione di optimum STHB non hanno mostrato formazione della banda del tessuto della cicatrice affatto.

Gli esperimenti successivi hanno provato la biocompatibilità a lungo termine dello STHB; ciò è essenziale nell'ottenere la guarigione post-chirurgica normale. I risultati hanno indicato che lo STHBs non ha prodotto segni delle reazioni immunologiche contro di loro dopo impianto e la loro degradazione e riassorbimento nell'organismo era completo dopo un periodo di due settimane.

Combinando le migliori funzionalità di una barriera ottimizzata dell'idrogel, abbiamo creato un modo efficace di impedire le aderenze post-chirurgiche. Ciò è sicura di avere un grande impatto sui pazienti chirurgici e sull'industria di sanità.„

Ali Khademhosseini, Ph.D., il Direttore di TIBI e CEO

Source:
Journal reference:

Ruiz-Esparza, G.U., et al. (2021) Nanoengineered Shear-Thinning Hydrogel Barrier for Preventing Postoperative Adhesions. Nano-Micro Letters. doi.org/10.1007/s40820-021-00712-5.