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最新研究:3-D打印的Biomesh可最大程度減少疝氣修復并發癥

發布日期:2021-02-18 瀏覽次數:71

來源: 生物谷 2021-02-18A-A+

在一項發表于《Advanced Materials》雜志的研究中,貝勒醫學院的研究人員發現當前用于疝氣修復軟組織網片極易引發炎癥和內臟粘連,因此他們開發了一種用于軟組織修復與炎癥調節的新型生物材料網片。該生物網片是通過原位磷酸鹽交聯的聚乙烯醇聚合物的3D生物打印制成的。在大鼠腹疝模型中生物網片充當炎癥陷阱并捕獲植入部位分泌的促炎細胞因子,有效調節局部炎癥,而無需外源性抗炎劑。該生物網片在抑制內臟粘連形成和最小化術后并發癥方面非常有效。

疝氣是最常見的軟組織損傷之一。腹內內容物(如腸環)通過腹壁薄弱、缺損或受傷部位擠壓時形成疝氣。這種情況可能會發展成嚴重的并發癥,因此需要行疝氣修補術。修復包括通過外科手術植入人工網片來支撐和加固受損的腹壁,促進愈合過程。然而,目前使用的網片植入物與潛在的不良術后并發癥有關。貝勒醫學院外科助理教授,這項研究的主要作者Crystal Shin博士說:“雖然疝氣網植入物的機械強度很強,能夠支撐腹部組織,使患者一開始感覺很舒服,但手術后大約三天,植入物會引發炎癥,在兩到三周內會影響附近的器官,這是一個常見的問題?!?,Shin正在尋找解決術后疝氣并發癥的方法。

網狀植入物大多失敗,因為它們促進腸、肝或其他內臟器官與網狀物的粘附。隨著粘連的增長,網片收縮變硬,可能導致慢性疼痛、腸梗阻、出血和生活質量低下。有些病人可能需要第二次手術來修復第一次手術不成功的部分?!把装Y也是一個嚴重的問題,”貝勒外科副教授Ghanashyam Acharya博士說,“目前,炎癥是通過藥物或抗炎藥來控制的,但這些藥物也會干擾愈合過程,因為它們會阻止免疫細胞向損傷部位的遷移?!?。

Shin說:“為了解決這些并發癥,我們開發了一種新型的網片,這種網片除了對損傷部位提供機械支持外,還起到炎癥調節系統的作用?!?,“這種生物網片柔軟,具有韌性,并且在其手術植入過程中易于處理,還可以防止組織粘附,減少炎癥,從而將疼痛和手術失敗的可能性降到最低?!?。一種叫做細胞因子的炎癥介質出現在術后幾天植入網片的地方。由于賴氨酸和精氨酸的存在,植入物中的一些主要細胞因子IL1-β、IL6和TNF-α具有正表面電荷。

Acharya說:“我們假設表面帶負電荷的生物網狀物會捕獲帶正電荷的細胞因子,因為相反的電荷會相互吸引?!蔽覀冾A計,將細胞因子滯留在補片中可以減少其炎癥反應,改善疝氣的修復和愈合過程?!?

為了驗證他們的新想法,研究人員使用三維生物打印機制造了一種叫做磷酸鹽交聯聚乙烯醇聚合物(X-PVA)的生物網片。通過詳盡的實驗,他們優化了網片的機械性能,這樣網片可以在幾個月內反復承受最大的腹部壓力,而不會使其機械強度惡化。他們還表明,該生物網片不會隨著時間的推移而降解或彈性降低,對人體細胞沒有毒性。

Shin、Acharya和他們的同事在實驗室證實,這種生物網片可以捕獲帶正電的細胞因子。受這些結果的鼓舞,研究人員在大鼠疝氣修補模型中測試了他們的生物網,并將其與臨床上廣泛用于外科疝氣修補的一種網片進行了比較。

在動物模型中,新設計的生物網片有效地減少了疝氣修補術后的并發癥。研究人員在植入生物網片四周后對其進行了檢查。他們發現新設計的生物網捕獲的細胞因子數量是常用網捕獲的細胞因子數量的三倍。細胞因子在體內的壽命很短。當它們降解時,它們使網狀細胞能夠捕獲更多的細胞因子。

重要的是,沒有內臟組織粘附在新設計的生物網片上,而在常用的生物網片中,組織粘附的程度很高。這些結果證實了新的生物網片在減輕炎癥反應和預防內臟粘連方面是有效的。此外,在動物模型中,新的網片并不妨礙疝修補術后腹壁的愈合。

“這種生物網片是獨特的,旨在改善疝氣修補術的預后,減少急性和長期并發癥。Shin說:“在美國,每年有超過40萬例疝氣修補手術,新的生物網片將滿足今后的修補需求?!蹦壳斑€沒有這種多功能的復合外科網片,開發一種廣泛應用的生物網片將是疝氣和其他軟組織缺損外科修復的一個重大進展。我們正在進行進一步的臨床前研究,我們的方法可以轉化為臨床。制造生物網片具有高度的可重復性、可伸縮性和可修改性?!?

“這種通過材料的物理化學性質來控制炎癥的概念是全新的。網片最初是為機械強度而設計的。我們問自己,我們能不能利用材料的物理和化學性質創造一種新的網片?”Acharya說,“20世紀50年代,貝勒外科的Francis C. Usher 醫生發明了第一種用于疝氣修補的聚丙烯網片。我們已經開發出了新一代的網片,由于其固有的非炎性性質和最佳的機械特性,可以最大程度地減少疝氣復發和翻修手術率并改善臨床結果。通過優化生物網片表面的負電荷密度,可以調節炎癥反應。這種生物網片需要保持其機械性能至少兩年以上,然后破損的腹壁(疝位點)才能恢復強度并完全愈合。3D打印策略還可以開發具有特定區域的定制生物網片,作為加固的縫合點,以牢靠地固定縫合線而不會撕裂?!?。

原始出處:

1. Shin CS, Cabrera FJ, Lee R, et al. 3D-Bioprinted Inflammation Modulating Polymer Scaffolds for Soft Tissue Repair. Adv Mater. 2020 Dec 16:e2003778.

2. Bilsel Y, Abci I. The search for ideal hernia repair; mesh materials and types. Int J Surg. 2012;10(6):317-21.

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