Wetenschappers van de Texas A&M University maken gebruik van de gecombineerde kracht van op organische nanomaterialen gebaseerde chemie en een natuurlijk product dat wordt aangetroffen in exoskeletten van schaaldieren om spoedeisende geneeskunde een stap dichter bij een haalbare oplossing voor het verminderen van bloedverlies te brengen, van het ziekenhuis naar het slagveld.

Bloeding is een belangrijke doodsoorzaak bij traumatisch letsel, op de vierde plaats in de Verenigde Staten met een totaalbedrag van $ 671 miljard in 2013. In samenwerking met een interdisciplinair team met medewerkers van de Assiut University in Egypte, De onderzoeksgroep van de Texas A&M-chemicus Karen Wooley heeft een bioabsorbeerbaar wondverband ontwikkeld dat voortbouwt op de reeds bewezen bloedstroomremmende eigenschappen van chitosan - een natuurlijk materiaal dat veel wordt gebruikt in commerciële wondverbanden - door ze op nanoschaal te gebruiken om hun effectiviteit en impact te vergroten.

Het Wooley-team, geleid door Texas A&M chemie Ph.D. student en NASA Space Technology Research Fellow Eric Leonhardt, met succes zeer verstrengelde nanovezels van chitosan ingekapseld in een op suiker gebaseerde hydrogel die in slechts zeven dagen oplost, waardoor een aanzienlijk groter beschikbaar wondhelend oppervlak achterblijft, terwijl de noodzaak voor daaropvolgende fysieke verwijdering wordt geëlimineerd. Hun resultaten zijn gepubliceerd in Natuurcommunicatie .

"Bioabsorbeerbare wondverbanden die op de plaats van de verwonding kunnen worden aangebracht en achtergelaten, zijn wenselijk voor verschillende scenario's van bloedverlies, bijvoorbeeld bloedingen bij traumatische verwondingen onder controle te krijgen en levens te redden op zowel civiele als militaire fronten, " zei Leonhardt, die als eerste auteur op papier van het team diende. "De composietmaterialen die we hebben ontwikkeld zijn kneedbaar en kunnen gemakkelijk op de wond worden toegediend. Ze hebben ook aanzienlijk beter gepresteerd wat betreft het verminderen van de hoeveelheid bloedverlies en de tijd die nodig is om hemostase te bereiken tegen in de handel verkrijgbare bioabsorbeerbare wondverbanden bij verschillende dieren. modellen."

Teamleden naast Leonhardt zijn onder meer Texas A&M materiaalwetenschap en engineering Ph.D. student Nari Kang; Dr. Mahmoud Elsabahy, adjunct-directeur van het Texas A&M Laboratory for Synthetic-Biologic Interactions en directeur van het Assiut Clinical Center of Nanomedicine in het Al-Rajhy Liver Hospital; en Dr. Mostafa A. Hamad, een professor in de afdeling Chirurgie van de Assuit Faculteit der Geneeskunde.

Elsabahy erkende dat, terwijl chitosan een wenselijke optie is in dergelijke verbanden vanwege de bewezen werkzaamheid bij het vertragen van de bloedstroom en omdat het extra antimicrobiële eigenschappen biedt, het heeft ook de neiging om te klonteren, waardoor het moeilijk te verwerken is in een biologisch absorbeerbaar materiaal. Het team overwon dat obstakel door chitosan in een nanogestructureerde sjabloonsteiger te laden om het beter te verspreiden en de interactie met bloedcomponenten te vergroten, waardoor zowel absorptie als genezing wordt versneld.

Als eerste stap in hun baanbrekende ontdekkingsproces, de onderzoekers ontwikkelden hydrogels van cyclodextrines - een type saccharide met hydrolytisch afbreekbare koppelingen - ontworpen met plaatsen die in staat waren om ionisch te interageren met en te binden aan chitosan-moleculen. Na het vriesdrogen van het resulterende composietmateriaal, ze stelden het bloot aan een oplossing die de sjabloonsteiger verwijderde. Vervolgens gebruikten ze scanning-elektronenmicroscopie om het chitosan verder te analyseren, waarvan ze vaststelden dat ze waren samengevoegd tot matten van sterk verstrengelde nanovezels met een diameter van ongeveer 10 tot 20 nanometer.

"Niet alleen zijn deze vezels aanzienlijk kleiner dan wat eerder is gemeld voor chitosan, ze zijn ook zeer wenselijk, gezien het feit dat de overeenkomstige toename van het oppervlak naar verwachting het hemostatische effect aanzienlijk zal verbeteren, " zei Elsabahy, die het project bedacht. "Wij geloven dat dit werk de reikwijdte van chitosan als hemostatische technologie zal vergroten door de fabricage en het gebruik ervan als een biologisch absorbeerbaar wondverband te demonstreren."

Daten, het team heeft hun samengestelde wondverbanden toegepast op leververwondingen bij ratten, konijnen en varkens, het meten van de hoeveelheid bloedverlies, tijd tot hemostase en gemiddelde arteriële druk in elk geval om de effectiviteit te meten. De verbanden werden ook in de lever geïmplanteerd en na zeven dagen in beeld gebracht om de biologische afbraak van de composietmaterialen te evalueren. In geen van de instellingen konden resten worden waargenomen.

"Een bloeding is verantwoordelijk voor meer dan 35 procent van de sterfgevallen vóór het ziekenhuis en meer dan 40 procent van de sterfgevallen binnen de eerste 24 uur na het letsel. " Zei Leonhardt. "Hemostatische verbanden hebben het potentieel om morbiditeit en mortaliteit te verminderen door de bloeding vroegtijdig onder controle te houden. Deze verbanden kunnen worden opgenomen in EHBO-koffers en door soldaten worden gedragen om levens te redden op het slagveld, en ze kunnen ook worden gebruikt om bloedingen onder controle te houden in verschillende letselscenario's en chirurgische procedures in ziekenhuizen. Absorbeerbaar hemostatisch verband kan op de plaats van de verwonding achterblijven en de noodzaak voor verwijdering van de drager elimineren, wat het risico op opnieuw bloeden vermindert - in het geval van verwijdering van niet-resorbeerbare verbanden - en de duur die nodig is voor de chirurgische ingrepen verkort."

Wooley is van plan dit initiële werk uit te breiden tot de evaluatie van de materialen in studies die dodelijke bloedingsscenario's simuleren, gevolgd door klinische proeven. In aanvulling, ze zou toekomstige fundamentele studies willen uitvoeren om het mechanisme van de vorming van chitosan-nanovezels in de sjabloon-steigers verder te onderzoeken, met als doel uiteindelijk controle te krijgen over de assemblage om afstemming en optimalisatie van de resulterende morfologie van de wondverbanden mogelijk te maken.