Быстрая гемостаз печени с помощью электропрядения медицинского клея с усиленным электрическим полем

Аннотация

Точное наносимание электропряженных волокон остается серьезной проблемой для гемостаза органов. Мы представляем модифицированную электрическим полем систему электропрядения, включающую металлический конус на сопле, что обеспечивает контролируемое размещение волокон. Область наносимания может быть настроена изменением размера конуса, что подтверждено симуляциями методом конечных элементов. В модели резекции печени у крыс мы наносили волокна N-октил-2-цианакрилата (NOCA) непосредственно на рану, достигнув полной гемостаза за 10 секунд. Послеоперационная гистология показала значительное снижение воспаления и тканевых спаек по сравнению с обычным аэродинамическим электропрядением. Это ручное, работающее от батареи устройство демонстрирует, что переносимое, готовое к полевым условиям электропрядение может обеспечивать быструю, точную гемостаз для экстренных, клинических и домашних сценариев.

Введение

Резекция печени — стандартное лечение печеночных злокачественных новообразований, однако массивное кровотечение часто встречается из-за богатой сосудистой сети органа. Традиционные методы гемостаза — швы, лигатура, электрокоагуляция, фибриновые или желатиновые герметики — имеют ограничения: задержку применения, повреждение тканей, иммуногенность, короткий срок хранения или высокую стоимость. Электропрядение предлагает подход с низкой дозировкой и покрытием поверхности, способный адаптироваться к неправильной топографии раны. Однако существующие устройства для электропрядения громоздки, не имеют точного контроля наносимания и зависят от сети электропитания, что ограничивает их использование в полевых или экстренных условиях. Наше недавнее аэродинамическое электропрядение сократило область наносимания, но требовало внешнего источника питания для воздушного насоса. Поэтому мы стремились создать переносимую, модифицированную электрическим полем систему, обеспечивающую ориентированное, точное наносимание волокон без зависимости от внешнего питания, кроме небольшого батарейного блока.

Металлические проводники, помещенные в электростатическое поле, могут индуцировать поверхностные заряды, перераспределяющие поле. В электропрядении траектория заряженного струйного потока зависит от локального поля; таким образом, стратегически размещенный металлический конус может сфокусировать струйный поток, уменьшая его дивергенцию и ограничивая область наносимания. Мы выбрали NOCA — клинически одобренный цианакрилатный клей — как материал для прядения, так как полимерные волокнистые ковры более гибки и требуют меньшего объема, чем обычная толстая клеевая пленка.

В этом исследовании мы разработали технику электропрядения, модифицированную электрическим полем, позволяющую контролируемое, точное наносимание волокон NOCA на участок резекции печени у крыс, достигая быстрого гемостаза. Переносимость и точность метода делают его пригодным для экстренных, клинических, полевых и домашних применений.

Методы

Материалы

Клей NOCA (N-октил-2-цианакрилат с добавкой ПММА) поставлен компанией Guangzhou Baiyun Medical Adhesive Co., Ltd. Хлоралгидрат (10% раствор) использовался для анестезии крыс.

Ин виво эксперименты по гемостазу

Сорок взрослых самцов крыс линии SD (300–350 г) были рандомизированы в две группы (n = 20 каждая): аэродинамическое электропрядение и электропрядение с модифицированным электрическим полем. После анестезии и средней лапаротомии выполнялась 50% гепатэктомия левой доли. В группе с электрическим полем на спиннере устанавливался металлический конус со стороной 2,5 см и углом 60°, расстояние игла-коллектор 10 см, напряжение 10 кВ. Группа с аэродинамической помощью использовала выход 1,2 мм, расход 120 мкл/мин, 10 кВ и расстояние 10 см. Общая процедура длилась ~20 минут на крысу. Все эксперименты соответствовали рекомендациям по уходу за лабораторными животными.

Анализ крови и патологоанатомические срезы

Кровь забирали сердцевым проколом на 3-й и 5-й послеродовые дни для подсчета лейкоцитов и тестов функции печени. На 7-й день крыс умиравливали, печени вынимали, фиксировали в 4% нейтральном формалине, заливали в парафин и окрашивали гемоксилином и эозином.

Симуляция электрического поля

Анализ методом конечных элементов моделировал питание 12 кВ, медную иглу, медный конус и алюминиевый коллектор в воздухе. Длина иглы, диаметр конуса и расстояние до коллектора устанавливались 3 см, 5 см и 10 см соответственно.

Характеризация

СЭМ-изображения получали на Hitachi TM-1000. ФТИР-спектры записывали на спектрометре Nicolet In10. Оптический микроскоп (Olympus BX51) оценивал границы наносимания, а камера Casio Exilim фиксировала ин виво процедуру.

Результаты и обсуждение

Электропрядение с модифицированным электрическим полем для точного наносимания

Ручное устройство (Рис. 1) использует две безртутные батареи ААА и высоковольтный преобразователь, исключая зависимость от сети. Настраиваемый металлический конус заменяет предыдущий аэродинамический модуль, изменяя распределение поля без дополнительной энергии. Безопасность обеспечивается поддержанием низкого тока при высоком напряжении.

Схема устройства электропрядения NOCA с модифицированным электрическим полем для гемостаза печени.

СЭМ показал непрерывные волокна NOCA диаметром 1–3 мкм (Рис. 2а). ФТИР подтвердил полимеризацию: пики при 714, 2761 и 1732 см⁻¹ (–CH₂–, –C≡N, –C=O) и исчезновение полосы 3127 см⁻¹ (=CH–). Изменяя диаметр конуса, область наносимания пропорционально уменьшалась (Рис. 2с), указывая на более тесное сдерживание струйного потока. Увеличение расстояния игла-коллектор расширяло область (Рис. 2d), но конус все равно давал меньшее рассеяние, чем обычное электропрядение. Это демонстрирует способность конуса фокусировать электрическое поле и повышать точность наносимания.

а СЭМ волокон NOCA; b ФТИР-спектр; c Область наносимания vs диаметр конуса; d Область наносимания vs расстояние.

Анализ механизма точного наносимания

Результаты МКЭ (Рис. 3) показывают, что металлический конус усиливает напряженность поля и сужает угол дивергенции. Напряженность поля у конуса достигает 4×10⁵ В/м (против 3×10⁵ В/м без конуса), а угол падает с 20° до 6°, ограничивая заряженный струйный поток более узкой траекторией. Это объясняет экспериментально наблюдаемое уменьшение области наносимания.

Распределение электрического поля: а без конуса; b с конусом. Внутри — углы силовых линий (6° vs 20°).

Ин виво быстрый гемостаз и анализ

В модели на крысах устройство с модифицированным электрическим полем достигало полного гемостаза за 10 с (Рис. 4а–с), быстрее аэродинамического электропрядения. СЭМ поверхности печени (Рис. 4d) показал равномерную волокнистую мембрану толщиной 50 мкм, адаптировавшуюся к неправильной топографии раны, подчеркивая адаптивность техники.

Гемостаз в модели резекции печени у крыс: а открытая печень; b временное наложение швов; c наносимание NOCA; d поперечное СЭМ волокнистой мембраны.

Подсчет лейкоцитов (Рис. 5а) показал значительное снижение воспаления в группе с электрическим полем на 5-й день (p < 0,05), сравнимое с контрольной группой-шим. Печеночные ферменты (АЛТ, АСТ, ГГТ) также были заметно снижены (Рис. 5b–d), указывая на минимальное повреждение печени. Гистология (Рис. 6) выявила более четкую границу тканей, более тонкую капсулу и меньше воспалительных клеток в группе с электрическим полем по сравнению с аэродинамическими контролями, подтверждая снижение тканевых спаек и воспалительного ответа.

Анализы крови: а лейкоциты; b–d печеночные ферменты (АЛТ, АСТ, ГГТ).

Гистология H&E (×100 и ×200). Воспаление и повреждение печени были выражены в обеих группах, но менее выражены в группе с электрическим полем.

Заключение

Мы продемонстрировали, что система электропрядения с модифицированным электрическим полем, имеющая настраиваемый металлический конус, обеспечивает точное, ориентированное наносимание волокон NOCA для быстрого гемостаза печени. Область наносимания контролируется размером конуса, а симуляции подтверждают, что сфокусированное поле уменьшает дивергенцию струйного потока. Ин виво метод достигает гемостаза за 10 с, с меньшим воспалением и тканевыми спайками по сравнению с аэродинамическим электропрядением. Ручное, батарейное дизайн делает этот подход пригодным для экстренных, клинических, полевых и домашних условий.

Аббревиатуры

АЛТ:

Аланинаминотрансфераза

АСТ:

Аспартатаминотрансфераза

CA:

Цианакрилат

E-спиннинг:

Электропрядение

ФТИР:

Фурье-преобразование инфракрасной спектроскопии

ГГТ:

Глутамилтрансфераза

H&E:

Гемоксилин и эозин

NOCA:

N-октил-2-цианакрилат

ПММА:

Полиметилметакрилат

СЭМ:

Растровый электронный микроскоп

WBC:

Лейкоциты