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Chirurgische Nähte
Chirurgisches Nahtmaterial ist zum Schließen von Wunden unverzichtbar, da es eine größere Kraft ausüben kann als Gewebekleber und den natürlichen Heilungsprozess beschleunigt. Für diesen Zweck wurden viele chirurgische Nahtmaterialien eingesetzt – etwa abbaubare und nicht abbaubare Kunststoffe, biologisch gewonnene Proteine ​​und Metalle –, deren Leistung jedoch durch ihre Steifheit eingeschränkt wurde. Herkömmliche Nahtmaterialien können neben anderen postoperativen Komplikationen zu Beschwerden, Entzündungen und Heilungsstörungen führen.
Um dieses Problem zu lösen, haben Forscher aus Montreal innovative chirurgische Nähte mit robuster Gelhülle (TGS) entwickelt, die von der menschlichen Sehne inspiriert sind.
Diese Nähte der nächsten Generation enthalten eine glatte, aber dennoch robuste Gelhülle, die die Struktur von weichem Bindegewebe imitiert. Bei der Prüfung des chirurgischen Nahtmaterials mit robuster Gelummantelung (TGS) stellten die Forscher fest, dass die nahezu reibungsfreie Geloberfläche die Schäden milderte, die typischerweise durch herkömmliches Nahtmaterial verursacht werden.
Herkömmliche chirurgische Nähte gibt es schon seit Jahrhunderten und werden verwendet, um Wunden zusammenzuhalten, bis der Heilungsprozess abgeschlossen ist. Sie sind jedoch alles andere als ideal für die Gewebereparatur. Die rauen Fasern können bereits fragiles Gewebe zerschneiden und beschädigen, was zu Beschwerden und postoperativen Komplikationen führt.
Den Forschern zufolge liegt ein Teil des Problems bei herkömmlichen Nähten in der Diskrepanz zwischen unseren Weichgeweben und der Steifheit der Nähte, die am Kontaktgewebe reiben. Die McGill University und das Team des Forschungszentrums INRS Énergie Matériaux Télécommunications gingen dieses Problem an, indem sie eine neue Technologie entwickelten, die die Mechanik von Sehnen nachahmt.
Inspiriert von den menschlichen Sehnen
Um das Problem anzugehen, entwickelte das Team eine neue Technologie, die die Mechanik von Sehnen nachahmt. „Unser Design ist vom menschlichen Körper, der Endotenonhülle, inspiriert, die aufgrund ihrer doppelten Netzwerkstruktur sowohl robust als auch stark ist.
Es bindet Kollagenfasern zusammen, während sein Elastinnetzwerk sie stärkt“, sagt Hauptautor Zhenwei Ma, Doktorand unter der Leitung von Assistenzprofessor Jianyu Li an der McGill University.
Die Endotenonscheide bildet eine rutschige Oberfläche, um die Reibung mit dem umgebenden Gewebe zu verringern, und liefert außerdem Materialien für die Gewebereparatur bei einer Sehnenverletzung, einschließlich Zellen und Blutgefäßen sowie Stofftransport und Sehnenreparatur.
Chirurgisches Nahtmaterial mit robuster Gelummantelung (TGS) kann entwickelt werden, um eine personalisierte Medizin basierend auf den Bedürfnissen eines Patienten bereitzustellen, sagen die Forscher.
Nahtmaterialien der nächsten Generation
Die Nähte der McGill University enthalten ein handelsübliches geflochtenes Nahtmaterial in einer Gelhülle, die diese Hülle nachahmt. Das robuste, mit Gel ummantelte (TGS) chirurgische Nahtmaterial kann bis zu einer Länge von 15 cm hergestellt werden und kann zur Langzeitlagerung gefriergetrocknet werden.
Mithilfe zunächst eines Schweinehautmodells und dann eines Rattenmodells zeigten die Forscher, dass sie für standardmäßige chirurgische Nähte und Knoten verwendet werden können und für den Wundverschluss wirksam sind, ohne eine Infektion zu verursachen.
Das chirurgische Nahtmaterial mit robuster Gel-Ummantelung (TGS) kann – in einer weiteren Parallele zu den Endotenon-Ummantelungen – auch für eine personalisierte Wundbehandlung konzipiert werden.
Personalisierte Wundbehandlung
Die Forscher demonstrierten dieses Prinzip, indem sie die Nähte mit einer antibakteriellen Verbindung, pH-empfindlichen Mikropartikeln, Arzneimitteln und fluoreszierenden Nanopartikeln zur Infektionsbekämpfung, Wundbettüberwachung, Arzneimittelabgabe und Bioimaging-Anwendungen beladen.
„Diese Technologie bietet ein vielseitiges Werkzeug für die erweiterte Wundbehandlung. Wir glauben, dass es zur Verabreichung von Medikamenten, zur Vorbeugung von Infektionen oder sogar zur Überwachung von Wunden mit Nahinfrarot-Bildgebung eingesetzt werden könnte“, sagt Li von der Fakultät für Maschinenbau.
„Die Möglichkeit, Wunden lokal zu überwachen und die Behandlungsstrategie für eine bessere Heilung anzupassen, ist eine spannende Richtung, die es zu erkunden gilt“, sagt Li, der auch Kanada-Forschungslehrstuhl für Biomaterialien und muskuloskelettale Gesundheit innehat.
Hauptreferenzen:
1. McGill-Universität
2. Bioinspirierte robuste Gelhülle für robuste und vielseitige Oberflächenfunktionalisierung. Zhenwei Ma et. al. Wissenschaftliche Fortschritte, 2021; 7 (15): eabc3012 DOI: 10.1126/sciadv.abc3012