Particelle adesive di criogel per colmare difetti tissutali confinati e irregolari

May 15, 2023

Volume 10 della ricerca medica militare, numero articolo: 15 (2023) Citare questo articolo

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La ricostruzione dei tessuti danneggiati richiede sia l’emostasi superficiale che il bridging dei tessuti. I tessuti con danni derivanti da traumi fisici o trattamenti chirurgici possono avere topografie superficiali arbitrarie, rendendo difficile il collegamento dei tessuti.

Questo studio propone un adesivo tissutale sotto forma di particelle adesive di criogel (ACP) costituite da chitosano, acido acrilico, 1-etil-3-(3-dimetilamminopropil) carbodiimmide (EDC) e N-idrossisuccinimide (NHS). Le prestazioni di adesione sono state esaminate mediante il test di peeling a 180 gradi su un insieme di tessuti tra cui cuore, intestino, fegato, muscoli e stomaco suini. La citotossicità degli ACP è stata valutata mediante proliferazione cellulare di cellule epatiche normali umane (LO2) e cellule epiteliali intestinali umane (Caco-2). Il grado di infiammazione e biodegradabilità sono stati esaminati in modelli di ratto sottocutaneo dorsale. La capacità degli ACP di colmare difetti tissutali irregolari è stata valutata utilizzando cuore, fegato e rene suini come modelli ex vivo. Inoltre, sono stati creati un modello di riparazione della rottura del fegato nei ratti e un'anastomosi intestinale nei conigli per verificarne l'efficacia, la biocompatibilità e l'applicabilità nella chirurgia clinica.

Gli ACP sono applicabili a difetti tissutali confinati e irregolari, come solchi profondi a spina di pesce negli organi del parenchima e sezioni anulari negli organi cavernosi. Gli ACP formavano un'adesione tenace tra i tessuti [(670,9 ± 50,1) J/m2 per il cuore, (607,6 ± 30,0) J/m2 per l'intestino, (473,7 ± 37,0) J/m2 per il fegato, (186,1 ± 13,3) J/ m2 per i muscoli e (579,3 ± 32,3) J/m2 per lo stomaco]. Gli ACP hanno mostrato una notevole citocompatibilità in uno studio in vitro, con un elevato livello di vitalità cellulare per 3 giorni [(98,8 ± 1,2) % per LO2 e (98,3 ± 1,6) % per Caco-2]. Ha una riparazione dell'infiammazione comparabile in un fegato di ratto rotto (P = 0,58 rispetto alla chiusura con sutura), lo stesso con l'anastomosi intestinale nei conigli (P = 0,40 rispetto all'anastomosi con sutura). Inoltre, l'anastomosi intestinale basata su ACP (meno di 30 secondi) è stata notevolmente più veloce rispetto al processo di sutura convenzionale (più di 10 minuti). Quando gli ACP si degradano dopo l’intervento chirurgico, i tessuti guariscono attraverso l’interfaccia di adesione.

Gli ACP sono promettenti come adesivi per le operazioni cliniche e il salvataggio sul campo di battaglia, con la capacità di colmare rapidamente i difetti dei tessuti irregolari.

Nella pratica terapeutica, i chirurghi solitamente eseguono la sutura convenzionale per ricostruire i tessuti danneggiati, che vengono automaticamente distrutti in frammenti con difetti confinati e irregolari. Ad esempio, un trauma violento può fratturare arti e organi, provocando ferite con solchi profondi e stretti [1,2,3,4]. I vasi sanguigni e i tratti intestinali possono essere recisi durante l’intervento chirurgico, determinando sezioni trasversali anulari irregolari [5,6,7,8]. La ricostruzione dei tessuti richiede l'emostasi superficiale e il collegamento di tessuti separati. Tuttavia, collegare i tessuti confinati con superfici irregolari è impegnativo. La sutura è stato il metodo più diffuso per collegare i tessuti, ma la procedura può richiedere molto tempo per i tessuti di forma irregolare [9] e presenta un alto tasso di perdite alle interfacce o attraverso i fori di spillo [10, 11].

Gli adesivi sono un modo promettente per collegare i tessuti [12]. Sono stati utilizzati diversi adesivi tissutali, tra cui cianoacrilato, fibrina, colle di polietilenglicole, nanoparticelle, adesivi bioispirati e idrogel. Tuttavia, sono stati evidenziati diversi inconvenienti come la mancanza di biocompatibilità (ad esempio, cianoacrilato [13,14,15]) e debole adesione ai tessuti (ad esempio, fibrina [16,17,18], polietilenglicole [19, 20], nanoparticelle [21] e adesivi bioispirati [22]). Al contrario, gli idrogel adesivi hanno un’eccellente biocompatibilità e mostrano una solida adesione ai tessuti, un rilascio controllato del farmaco e capacità di gestione delle ferite [23,24,25,26]. Tuttavia, gli idrogel prefabbricati hanno un’applicabilità limitata per difetti tissutali confinati e irregolari [27, 28]. Anche se i nastri idrogel sono in grado di aderire alle superfici dei tessuti con aderenze ultra forti e tolleranti ai guasti [29], la perdita capillare interna non può essere prevenuta poiché i nastri vengono applicati all'esterno dei difetti. Nel caso dei precursori di idrogel applicati direttamente a difetti tissutali arbitrari, gli idrogel risultanti sono sempre deboli e il processo di gelificazione può richiedere stimoli esterni (ad esempio, esposizione ai raggi ultravioletti [30], riscaldamento [31, 32] e cambiamento di pH [27] ), che non sono applicabili alle interfacce tessuto-tessuto. Sebbene le paste e gli adesivi tissutali a base di particelle secche presentino vantaggi nell'applicazione su difetti tissutali confinati e irregolari [33,34,35,36,37,38], gli agenti non degradabili insieme a quegli idrogel verrebbero trattenuti nei tessuti come ostacoli allo scambio di materiale e la guarigione dei tessuti attraverso le interfacce. Un recente rapporto ha mostrato un coacervato in grado di adattarsi a siti bersaglio irregolari [39], ma ha impiegato molto tempo (circa 10 minuti) per convertirsi in un idrogel e la mancanza di biodegradabilità ne limita l'applicazione tra la superficie del tessuto. In generale, un adesivo tissutale ideale deve soddisfare tre requisiti: 1) gli adesivi devono essere in grado di aderire alle interfacce di difetti tissutali confinati e irregolari [6, 7]; 2) l'adesione interfacciale deve formarsi rapidamente ed essere sufficientemente forte da resistere ai carichi meccanici imposti [40]; 3) gli adesivi riservati dovrebbero essere biocompatibili e biodegradabili in modo da non impedire lo scambio di materiale e la guarigione dei tessuti [12].