Materiaalwetenschappers van de Nanyang Technological University, Singapore (NTU Singapore) heeft een nieuw type chirurgische lijm uitgevonden die kan helpen bloedvaten te verbinden en wonden sneller te sluiten en die ook kan dienen als platform voor het leveren van pijnstillende medicijnen.

In een artikel gepubliceerd in Elsevier's Biomaterialen in juli samen met clinici van het Singapore General Hospital (SGH), de NTU-onderzoekers toonden aan dat hun lijm zachte weefsels kan binden, waaronder spieren en bloedvaten, zelfs als hun oppervlakken nat zijn.

genaamd CaproGlu, het wordt geactiveerd door een lage dosis ultraviolet (UV) licht dat het in seconden uithardt, het veranderen van een vloeibare lijm in een stevig maar flexibel biorubber - een biocompatibel materiaal dat na een paar weken door het weefsel kan worden geresorbeerd.

Het team toonde in dierexperimenten aan dat bloedvaten kunnen worden verbonden met slechts vier steken en een gaaswikkel gedrenkt in CaproGlu, vergeleken met de gebruikelijke acht steken die nodig zijn voor een betrouwbare en onbelemmerde verbinding. De auteurs schatten dat dit de operatietijd met 25 procent zal verminderen, omdat chirurgen minder tijd en moeite besteden aan het dichtnaaien van bloedvaten en weefsels.

Zoals aangetoond in dierproeven, CaproGlu kan ook worden gebruikt om lokale anesthetica of pijnstillers toe te dienen aan weefsels in het lichaam, wat zowel tijdens als na een operatie nuttig kan zijn en de noodzaak voor pijnstillende medicatie achteraf zou verminderen.

In tegenstelling tot de huidige bio-adhesieven – waarvoor twee chemicaliën nodig zijn om voor gebruik te worden gemengd – is de CaproGlu een vloeibare geloplossing in één pot die gebruiksklaar wordt geleverd.

Hoofdauteurs van het artikel, Universitair hoofddocent Terry W.J. Steele en senior onderzoeksmedewerker dr. Ivan Djordjevic, benadrukte dat de meeste chirurgische lijmen die op de markt verkrijgbaar zijn, niet werken in water of natte omgevingen zoals die in het menselijk lichaam worden aangetroffen.

"Om onze door licht geactiveerde lijm op natte weefsels te laten werken, we hebben onze lijm ontworpen om eerst water van het oppervlak te verwijderen en zo hechting aan de uitgedroogde oppervlakken mogelijk te maken, " zei Assoc Prof Steele.

"Dit unieke voordeel om met hoge sterkte te kunnen hechten in een natte omgeving, naast biocompatibel, is wat CaproGlu zo geschikt maakt voor gebruik in chirurgische en medische toepassingen."

De hechtkracht van CaproGlu werd vergeleken met andere commerciële bioadhesieven op de markt en bleek drie tot zeven keer sterker te zijn, en is vergelijkbaar met de afschuifsterkte van collageen en spierweefsel in het menselijk lichaam.

Voordelen van CaproGlu

Uitgevonden door Assoc Prof Steele en Dr. Djordjevic van de NTU School of Materials Science and Engineering, CaproGlu combineert twee ingrediënten in een ééncomponentformulering die geen toevoegingen vereist.

De eerste is polycaprolacton - een biologisch afbreekbaar polymeer dat is goedgekeurd door de Amerikaanse Food and Drug Administration voor specifieke toepassingen die in het menselijk lichaam worden gebruikt - en de tweede:diazirine, een lichtgevoelig molecuul dat bij activering sterke bindingen kan vormen.

In hun onderzoekspaper dat werd gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Biomaterialen , de wetenschappers toonden aan hoe CaproGlu kan worden gebruikt als onderdeel van een nieuwe chirurgische methode, waar hechtingen worden gebruikt in combinatie met een lijm. In plaats van de conventionele acht hechtingen die nodig zijn om de twee uiteinden van een bloedvat bij een konijn te verbinden, ze gebruikten vier hechtingen en wikkelden de uiteinden van de vaten met een biologisch afbreekbaar gaas gedrenkt in CaproGlu en uitgehard met een kleine dosis UV-licht dat de aminozuren op het oppervlak van het weefsel verknoopte

Als resultaat, de bloeding uit de slagader onmiddellijk na de procedure was vergelijkbaar met wat wordt waargenomen bij conventionele hechtingen. Als ze zeven dagen later worden geoogst, de slagader bleek volledig te zijn genezen.

In een apart experiment de chirurgen brachten CaproGlu geladen met verdovingsmiddelen in de kalveren van ratten in en genazen ze met UV-licht voordat de wond met conventionele hechtingen werd gesloten.

De wetenschappers vergeleken de activiteit van deze ratten met twee andere controles:ratten die alleen verdoving hadden gekregen en ratten die CaproGlu zonder verdoving hadden gekregen. Ze vonden geen waarneembare belemmering van beweging voor de ratten die verdovingsmiddelen en CaproGlu geladen met verdovingsmiddelen hadden, Dit suggereert dat CaproGlu in de loop van de tijd succesvol is in het toedienen van lokale anesthetica en een nuttige manier zou kunnen zijn om lokale anesthesie uit te breiden tot buiten de huidige limieten en ook om te fungeren als een medicijnafgifteplatform voor medicatie zoals anticoagulantia om overmatige bloedstolling te voorkomen.

The team also observed that there were no discernible side effects to the animals which had CaproGlu implanted in their skin, which suggested that it is safe and biocompatible as expected. Since the bioadhesive dissolves and resorbs within weeks, no follow up clinical visits would be required for its removal.

Stable shelf life after sterilization

A big challenge for bioadhesives on the market today is to cope with the standard method by which surgical grade equipment and disposables are sterilized using gamma irradiation.

The gamma sterilization process destroys proteins and activates bonding in both acrylate and epoxy adhesives.

Unlike other surgical adhesives available on the market, CaproGlu's protein-free formulation exploits new crosslinking chemistry unaffected by gamma sterilization.

The light-activated bonding mechanism forms chain links to amino acids at the nanoscale level, even after several months of storage and gamma sterilization, thus making CaproGlu's production and commercialisation potentially less costly than those based on proteins and acrylates.