Termo-Duyarlı Midye Esintili Polipeptitler: Yeni Cerrahi Yapıştırıcı ve Hemostatik Biyomalzemeler

Termo-Duyarlı Midye Esintili Polipeptitler: Yeni Cerrahi Yapıştırıcı ve Hemostatik Biyomalzemeler

1.Araştırma Arka Planı

Cerrahi dikişler, yara kapatmada ana yöntem olmaya devam etse de, kalıcı iğne izleri, doku tahrişi ve ikincil çıkarma işlemleri gibi belirgin dezavantajları vardır. Ticari olarak temin edilebilen doku yapıştırıcılarının kritik kusurları vardır: fibrin yapıştırıcı zayıf ıslak yapışma gösterirken, siyanoakrilat zayıf biyouyumluluğa sahiptir ve şiddetli inflamatuar reaksiyonları tetikleyerek klinik uygulamalarını sınırlandırır. Deniz midyeleri, yapışkan proteinlerindeki bol miktarda L-DOPA kalıntısı sayesinde nemli yüzeylere sıkıca yapışabilir ve bu da biyomimetik yapıştırıcı araştırmalarına büyük ölçüde ilham vermiştir. Mevcut midye taklitli polimerlerin çoğu yavaş kürlenme hızı veya yetersiz su altı yapışma gücünden muzdariptir. Ayrıca, bildirilen biyoyapıştırıcıların çoğu, anında hemostaz ve yara kapatma için insan vücut sıcaklığında hızla yerinde jel oluşturamayan, termal olarak duyarlı sol-jel geçiş kapasitesinden yoksundur. Polipeptitler, olağanüstü biyouyumluluk, biyolojik olarak parçalanabilirlik ve biyoaktiviteye sahip olduklarından, ideal biyomedikal taşıyıcı malzemelerdir. Bununla birlikte, katekol, arginin, sistein ve lizin fonksiyonel gruplarıyla entegre edilmiş çok fonksiyonlu termal duyarlı polipeptit yapıştırıcılar, hayvan modellerinde deri ve kemik onarımı için sistematik olarak nadiren üretilmiş ve doğrulanmıştır.

2.Araştırmanın Önemi

Bu çalışma, midye esinli katekol adezyonunu, argininin elektrostatik bağlanmasını, sistein tiyol çapraz bağlanmasını ve termo-duyarlı EG₂-Glu segmentlerini birleştirerek, NCA halka açma polimerizasyonu yoluyla bir dizi çok fonksiyonlu termo-duyarlı polipeptit tasarlamaktadır. Araştırma, bu polipeptitlerin fizikokimyasal özelliklerini, in vitro bağlanma performansını ve in vivo hemostaz ve doku onarım kapasitesini sistematik olarak karakterize ederek, çok fonksiyonlu polipeptit cerrahi yapıştırıcılar alanındaki boşluğu doldurmaktadır. Geliştirilen BPEDAC-BPEDAL kompozit malzeme, domuz derisi ve kemiği üzerinde güçlü ıslak yapışma sağlar, 37 °C'de hızlı yerinde jelasyon gerçekleştirir, düşük sitotoksisiteye sahiptir ve tamamen biyolojik olarak parçalanabilir. Yeni nesil dikişsiz hemostatik ve ortopedik yapıştırıcı biyomalzemeler için kolay bir sentez stratejisi sunarak, polipeptit tıbbi yapıştırıcıların translasyonel gelişimi için güvenilir preklinik veriler sağlamaktadır.

3.Araştırma İçeriği

Fonksiyonel NCA Monomerlerinin ve Polipeptit Kopolimerlerinin Sentezi: Beş amino asit NCA monomeri (EG₂-Glu-NCA, DOPA-NCA, Arg-NCA, Cys-NCA, Ac-Lys-NCA) sentezleyin; 1,4-bütandiol alkoksit başlatıcı ile başlatılan ardışık halka açma polimerizasyonu yoluyla dört kademeli kopolimer (BPED, BPEDA, BPEDAC, BPEDAL) hazırlayın. Moleküler ağırlığı, dağılımı GPC ve lazer ışık saçılımı yoluyla karakterize edin ve kimyasal yapıyı ¹H NMR kullanarak doğrulayın.

Termo-duyarlılık ve yüzey özelliği değerlendirme testi: Sol-jel geçiş davranışını doğrulamak için sıcaklık geçirgenlik eğrilerini test edin; sıcaklığa bağlı hidrofilik-hidrofobik dönüşümü analiz etmek için 25 °C ve 37 °C'de su temas açılarını ölçün.

ASTM standartlarına uygun olarak, domuz derisi üzerinde bindirme-kesme yapışması ve domuz kemiği üzerinde çekme yapışması testleri gerçekleştirin; HRP/H₂O₂ çapraz bağlayıcı maddelerin konsantrasyonlarını, kürleme süresini ve sıcaklığını optimize edin; her bir polipeptit sisteminin elastik modülünü test edin.

Bozunma ve Sitotoksisite Değerlendirmesi: Kütle kaybı oranını kaydetmek için PBS enzimatik bozunma deneyi gerçekleştirin; biyouyumluluğu değerlendirmek için L929 fibroblastları ile ISO10993 MTT testini uygulayın.

Canlı Hayvanlarda Model Doğrulama Üç hayvan modeli oluşturulmuştur: sıçan karaciğer kanaması hemostaz modeli, tam kalınlıkta deri kesisi iyileşme modeli ve femoral osteotomi kemik onarım modeli; kan kaybı, yara iltihabı ve doku yeniden şekillenmesi X-ışını ve H&E histolojik boyama yoluyla kaydedilmiştir.

4.Araştırma Sonuçları

Polimer Sentezi ve Termo Duyarlı Özellikler Kontrol edilebilir monomer katılım oranlarına sahip dört kopolimer başarıyla sentezlendi. Tüm polimerler 30–35 °C arasında keskin bir sol-jel geçişi göstermektedir; temas açısı 27,5 °C'den (25 °C) 72,5 °C'ye (37 °C) yükselmekte olup, vücut sıcaklığında zayıflayan hidrofilite sayesinde hızlı jel oluşumu sağlanmaktadır.

Üstün Islak Yapışma Performansı

Domuz derisinde maksimum bindirme-kesme yapışma dayanımı 101,2 kPa'ya ulaşırken, kemik çekme yapışması 603 kPa'da zirve yapmaktadır.

37 °C, oda sıcaklığına kıyasla yapışma mukavemetini önemli ölçüde artırır; BPEDAC-BPEDAL hibrit sistemi, katekol, tiyol ve guanidinyum gruplarının sinerjik çapraz bağlanması sayesinde optimum mekanik özellik sunar.

Yapışma dayanımı 0,5-60 dakika kürleme süresi içinde hızla artar ve 12 saat sonra plato seviyesine ulaşır; uygun %1 ağırlık oranında H₂O₂ ve 1 mg/mL HRP, aşırı oksidasyon hasarı olmadan ideal oksidatif çapraz bağlama sağlar.

Uygun Bozunabilirlik ve Biyogüvenlik: BPEDAC, proteaz içeren PBS ortamında 72 saat içinde kütlesinin %70'inden fazlasını kaybederek tam polipeptit biyolojik bozunmasını göstermektedir. MTT sonuçları, 72 saatlik inkübasyondan sonra %80'in üzerinde hücre canlılığı ve belirgin hücre morfolojik hasarı olmadığını göstererek ihmal edilebilir düzeyde sitotoksisiteye işaret etmektedir.

Üstün İn Vivo Hemostaz ve Onarım Etkisi

Karaciğer kanaması modeli: BPEDAC-BPEDAL, anında jel sızdırmazlığı sayesinde kan kaybını 3 dakika içinde 1,76 g'dan (kontrol) 0,54 g'a düşürür.

Cilt kesisi: Polipeptit yapıştırıcı, 7. günde sadece hafif bir iltihaplanmaya neden olur ve 14. günde dermis tamamen yenilenir ve fibrozis oluşmaz; bu özelliğiyle, sürekli iltihaplı hiperkeratoza neden olan dikişlerden ve siyanoakrilattan daha üstün performans gösterir.

Kemik osteotomisi: Röntgen ve histoloji, 60 gün içinde kemiğin tamamen yeniden şekillendiğini kanıtlamaktadır; yapıştırıcı, osteoblast çoğalmasını ve trabeküler yeniden yapılanmayı engellememektedir.

5.Tartışma

Geleneksel doku yapıştırıcılarıyla karşılaştırıldığında, termal olarak duyarlı midye esinli polipeptitler, katekol bağlanması, tiyol-en klik, elektrostatik tuz köprüleri ve termal faz ayrımı dahil olmak üzere çoklu çapraz bağlama yapışma mekanizmalarını gerçekleştirmek için birden fazla fonksiyonel motifi entegre eder ve bu da yumuşak ve sert dokularda ıslak yapışma gücünü birlikte artırır. EG₂-Glu segmenti, fizyolojik sıcaklıkta geri dönüşümlü sol-jel geçişi sağlar, bu da minimal invaziv yerinde enjeksiyonu ve önceden ayarlama gerektirmeden anında yara kapatmayı mümkün kılar. Tamamen polipeptit omurga, düşük sistemik toksisite ile amino asit parçalarına tam biyolojik bozunmayı sağlar ve siyanoakrilatın biyouyumluluk kusurlarını çözer. Sınırlamalar hala mevcuttur: birden fazla NCA monomerinin sentez süreci, büyük ölçekli endüstriyel hazırlığı kısıtlayan sıkı susuz işlem gerektirir. Gelecekteki optimizasyon, polimerizasyon yollarını basitleştirebilir ve düşük maliyetli doğal amino asit hammaddelerini kullanıma sunabilir. Bu arada, polipeptit yan zincirlerinin daha fazla modifikasyonu, minimal invaziv cerrahi ve yanık yara tedavisi gibi daha geniş klinik senaryolar için entegre yapışkan-hemostatik-antibakteriyel çok fonksiyonlu biyomalzemeler elde etmek üzere antibakteriyel aktiviteyi artıracaktır. Genel olarak, bu termal olarak duyarlı polipeptit serisi, mevcut biyoyapıştırıcıların performans darboğazını aşmakta ve dikişsiz cerrahi onarım malzemeleri olarak büyük ticari uygulama potansiyeline sahiptir.

Referans: Lu DD, Wang HS, Li TE, vd. Çok Yönlü Cerrahi Yapıştırıcı ve Hemostatik Malzemeler: Termo-duyarlı Polipeptitlerin Sentezi, Özellikleri ve Uygulaması[J]. Malzeme Kimyası, Yeni Kabul Edildi, çevrimiçi olarak 13.06.2017 tarihinde yayınlandı. https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.7b00255.

İndirmek: thermo-responsive-mussel-inspired-polypeptides-novel-surgical-adhesive-hemostatic-biomaterial.pdf↓

E-posta: jennifer@dilunbio.com