Hernia's zijn een van de meest voorkomende weke delen letsels. Hernia's ontstaan ​​wanneer intra-abdominale inhoud, zoals een lus van de darm, knijpt door zwak, defecte of gewonde delen van de buikwand.

De aandoening kan ernstige complicaties veroorzaken, daarom kan hernia-reparatie worden aanbevolen. Reparatie bestaat uit het chirurgisch implanteren van een prothetisch gaas om de beschadigde buikwand te ondersteunen en te versterken en het genezingsproces te vergemakkelijken. Echter, momenteel gebruikte mesh-implantaten worden geassocieerd met mogelijk nadelige postoperatieve complicaties.

"Hoewel hernia-mesh-implantaten mechanisch sterk zijn en buikweefsel ondersteunen, de patiënt zich in eerste instantie op zijn gemak stellen, het is een veelvoorkomend probleem dat ongeveer drie dagen na de operatie het implantaat een ontsteking kan veroorzaken die binnen twee tot drie weken de nabijgelegen organen zal aantasten, " zei dr. Crystal Shin, assistent-professor chirurgie aan het Baylor College of Medicine en hoofdauteur van deze studie op zoek naar een oplossing voor postoperatieve herniacomplicaties.

Mesh-implantaten mislukken meestal omdat ze de hechting van de darm bevorderen, lever of andere viscerale organen naar het gaas. Naarmate de verklevingen groeien, het gaas krimpt en verhardt, kan leiden tot chronische pijn, darmobstructie, bloedingen en een slechte kwaliteit van leven. Sommige patiënten hebben mogelijk een tweede operatie nodig om de mislukte eerste te herstellen. "Ontsteking is ook een ernstige zorg, " zei Dr. Ghanashyam Acharya, universitair hoofddocent chirurgie bij Baylor. "Momenteel, ontsteking wordt bestreden met medicijnen of ontstekingsremmende medicijnen, maar deze medicijnen verstoren ook het genezingsproces omdat ze de migratie van immuuncellen naar de plaats van de verwonding blokkeren."

"Om deze complicaties aan te pakken, ontwikkelden we een niet-farmacologische benadering door een nieuw netwerk te ontwerpen dat, naast het bieden van mechanische ondersteuning aan de plaats van de verwonding, werkt ook als een ontstekingsmodulerend systeem, ' zei Shin.

Tegenpolen trekken elkaar aan

"Een belangrijke innovatie in ons ontwerp is de ontwikkeling van een Biomesh die ontstekingen kan verminderen en, als resultaat, minimaliseer weefseladhesie aan het netwerk die tot pijn en het mislukken van de chirurgie leidt, " zei Shin. Inflammatoire mediatoren, cytokines genaamd, verschijnen waar het gaas een paar dagen na de operatie wordt geïmplanteerd. Enkele van de belangrijkste cytokinen in het implantaat, IL1-β, IL6 en TNF-α, hebben een positieve oppervlaktelading door de aanwezigheid van de aminozuren lysine en arginine.

"We veronderstelden dat Biomesh met een negatieve oppervlaktelading de positief geladen cytokinen zou vangen, omdat tegengestelde elektrische ladingen door elkaar worden aangetrokken, " zei Acharya. "We verwachtten dat het opsluiten van de cytokines in het gaas hun ontstekingseffect zou verminderen en het herstel van hernia's en het genezingsproces zou verbeteren."

Om hun nieuwe idee te testen, de onderzoekers gebruikten een 3D-bioprinter om Biomesh te fabriceren van een polymeer dat fosfaatverknoopt poly (vinylalcohol) polymeer (X-PVA) wordt genoemd. Door grondig te experimenteren, ze optimaliseerden de mechanische eigenschappen, zodat het gaas gedurende enkele maanden herhaaldelijk maximale buikdruk zou kunnen weerstaan ​​zonder enige verslechtering van de mechanische sterkte. Ze toonden ook aan dat hun Biomesh in de loop van de tijd niet afnam of de elastische eigenschappen ervan verminderde en niet giftig was voor menselijke cellen.

Scheenbeen, Acharya en hun collega's hebben in het laboratorium bevestigd dat deze Biomesh positief geladen cytokines kan vangen. Aangemoedigd door deze resultaten, de onderzoekers testten hun Biomesh in een rattenmodel van herniaherstel, vergeleken met een soort gaas dat klinisch veel wordt gebruikt voor chirurgische hernia-reparatie.

Nieuw ontworpen 3D-geprinte Biomesh minimaliseert postoperatieve complicaties van hernia-reparatie in een diermodel

De nieuw ontworpen Biomesh minimaliseerde op effectieve wijze postoperatieve complicaties van hernia-reparatie in een diermodel. De onderzoekers onderzochten de Biomesh vier weken nadat deze was geïmplanteerd. Ze ontdekten dat de nieuw ontworpen Biomesh ongeveer drie keer de hoeveelheid cytokines had opgevangen die door het veelgebruikte gaas werd gevangen. Cytokinen zijn van korte duur in het lichaam. Naarmate ze degraderen, ze stellen de mesh in staat om meer cytokinen te vangen.

belangrijk, er waren geen viscerale weefsels aan de nieuw ontworpen Biomesh gehecht, terwijl de mate van weefseladhesie extreem was in het geval van de veelgebruikte mesh. Deze resultaten bevestigden dat de nieuwe Biomesh effectief is in het verminderen van de effecten van de ontstekingsreactie en bij het voorkomen van viscerale verklevingen. In aanvulling, het nieuwe gaas belemmerde de genezing van de buikwand niet na chirurgische hernia-reparatie in diermodellen.

"Deze Biomesh is uniek en ontworpen om de resultaten te verbeteren en acute en langdurige complicaties en symptomen geassocieerd met herniaherstel te verminderen. Met meer dan 400, 000 hernia-reparatieoperaties die elk jaar worden uitgevoerd in de VS, het nieuwe Biomesh zou voorzien in een grote onvervulde behoefte, Shin zei. "Er is geen dergelijk multifunctioneel composiet chirurgisch gaas beschikbaar, en de ontwikkeling van een breed toepasbare Biomesh zou een grote vooruitgang betekenen in het chirurgisch herstel van hernia's en andere defecten aan zacht weefsel. We voeren verdere preklinische studies uit voordat onze aanpak kan worden vertaald naar de kliniek. Het fabriceren van de Biomesh is zeer reproduceerbaar, schaalbaar en aanpasbaar."

"Dit concept om ontstekingen onder controle te houden door de fysisch-chemische eigenschappen van de materialen is nieuw. Het gaas was oorspronkelijk ontworpen voor mechanische sterkte. We vroegen ons af:kunnen we een nieuw soort gaas creëren door gebruik te maken van de fysische en chemische eigenschappen van materialen?" zei Acharya. "In de jaren 1950, Dr. Francis C. Usher van de afdeling Chirurgie van Baylor ontwikkelde het eerste polypropyleen gaas voor hernia-herstel. We hebben een mesh van de volgende generatie ontwikkeld dat niet alleen mechanische ondersteuning biedt, maar ook een fysiologische rol speelt bij het verminderen van de ontstekingsreactie die significante klinische problemen veroorzaakt." Lees het volledige onderzoek in het tijdschrift Geavanceerde materialen .