Electric-Field-Modified In Situ Precieze afzetting van elektrospun medische lijmvezels op de lever voor snelle hemostase

Resultaten en discussie

Elektrisch veld-gemodificeerde E-spinning voor nauwkeurige depositie

Afbeelding 1 en aanvullend bestand 1:Afbeelding S1 tonen ons zelfgemaakte handheld e-spinning-apparaat uitgerust met de elektrisch veld-gemodificeerde e-spinning-techniek. Het maakt gebruik van twee kwikvrije alkaline AAA-batterijen (diameter 10 mm, hoogte 44 mm; LR03, Fujian Nanping, Nanfu Battery, China) als voeding met een hoogspanningsomvormer en heft de beperking van de stedelijke elektriciteitsvoorziening op die zich sterk ontwikkelt het draagbare gebruik in openlucht. Belangrijk is dat, significant verschillend van ons recent gerapporteerde e-spinning-apparaat [11], een metalen kegel met afstembare grootte is uitgerust met de draaiende naald. De introductie van de metalen kegel zou de oorspronkelijke distributie van elektromagnetische velden veranderen en het e-spinproces beïnvloeden. Opgemerkt moet worden dat veiligheidsproblemen zoals elektrische schokken meestal worden veroorzaakt door een hoge stroom in plaats van een hoge spanning. In deze studie heeft het handheld-apparaat een converter die wordt gebruikt om een ​​hoge spanning en een lage stroom te behouden om de veiligheid te garanderen.

Schematisch diagram van de elektrisch veld-gemodificeerde e-spinning NOCA-vezels voor hemostase van leverresectie

Figuur 2a toont het SEM-beeld van NOCA-vezels van medische lijm. De diameter van de NOCA-vezels is ongeveer 1 ~ 3 μm en deze vezels vertonen een continue vezelmorfologie. Figuur 2b toont het FTIR-spectrum van deze NOCA-vezels. Pieken op 714 cm ⁻¹ , 2761 cm ⁻¹ , en 1732 cm ⁻¹ komen overeen met de trilling van –CH₂ –, –C≡N en –C=O, respectievelijk. De piek op 3127 cm ⁻¹ overeenkomend met =CH– verdwijnt bijna, wat wordt veroorzaakt door het polymerisatieproces tijdens het e-spinningproces dat de meeste alkenyl C=C-bindingen in monomeermoleculen worden omgezet in polymeerketens. Verder onderzoeken we de relatie tussen de grootte van een metalen kegel en georiënteerde depositie. Zoals weergegeven in figuur 2c, neemt de diameter van het depositiegebied af met de afname van de metalen kegelgrootte wanneer de afstand tussen de naaldpunt en de collector op 10 cm werd vastgesteld. Dit fenomeen is waarschijnlijk te wijten aan het feit dat het elektrostatische veld in een kleiner bereik zou worden beperkt [26, 27] met een afname van de metalen kegelgrootte, en dus zou het zweepproces bij e-spinning beperkter zijn, wat leidt tot een kleiner afzettingsgebied . Bovendien werd ook de relatie tussen e-spinning-afstand en depositiegebied bestudeerd (figuur 2d). Aanvullend bestand 1:Tabel S1 geeft de depositiebreedte weer van drie verschillende e-spinning-methoden met toenemende e-spinning-afstand. Uit de concrete depositie bleek dat het depositiegebied toeneemt met de toename van de e-spinning-afstand, wat consistent is met traditionele e-spinning-resultaten. Echter, in vergelijking met traditionele e-spinning, zorgt onze elektrisch veld-gemodificeerde e-spinning met een metalen kegel voor een kleiner depositiegebied, namelijk een beter georiënteerde depositie. Zelfs vergeleken met onze recentelijk gerapporteerde luchtstroomondersteunde e-spinning, vertoont deze elektrisch veld-gemodificeerde e-spinning een beter georiënteerde afzetting. Zoals weergegeven in figuur 2c, d, kan het afstemmen van de e-spinning-afstand en de zijlengte van de metalen kegel het elektrische veld focusseren en een sterkere convergentiekracht bewerkstelligen. Hoewel een dichterbij gelegen deel, zoals de huid of spier van de buik, een kracht kan produceren om de vliegende straal aan te trekken, kunnen we deze twee parameters afstemmen om een ​​sterkere convergentiekracht te genereren die dit negatieve effect van de aantrekkingskracht kan verminderen. Bovendien vereist e-spinning met luchtstroom een ​​extra stroomtoevoer naar de luchtpomp, en deze in het veld gemodificeerde e-spinning kan dit wegwerken, wat meer gemak oplevert.

een De SEM-afbeelding en b FTIR-spectrum van NOCA-vezels verkregen door het elektrisch veldondersteunde e-spinning-apparaat. De grootte van het depositiegebied als functie van c metalen kegeldiameter en d e-spinning afstand

Mechanismeanalyse van nauwkeurige depositie

Om de reden te begrijpen waarom dit e-spinningapparaat uitgerust met een metalen kegel een kleiner depositiegebied zou kunnen bewerkstelligen, werden hun elektrische veldsimulaties verder uitgevoerd. Afbeelding 3 toont de elektrische veldverdeling van e-spinning-modellen uitgerust met en zonder metalen kegel. De rode pijl vertegenwoordigt de elektrische veldlijn, waarvan de richting en lengte respectievelijk de oriëntatie en sterkte van het elektrische veld op dit punt aangeven. Traditionele e-spinning is degene zonder een metalen kegel (Fig. 3a), en onze elektrisch veld-gemodificeerde e-spinning is degene met een metalen kegel (Fig. 3b). Zoals getoond in Fig. 3, wordt de elektrische potentiaal (kleurenbalk) aanzienlijk verminderd in de richting van de naald naar de verzamelplaat, en dus kunnen positief geladen vezels op de verzamelplaat worden geassembleerd. Interessanter is dat bij het vergelijken van figuur 3a met b, een sterkere elektrische veldsterkte en een kleinere divergentiehoek van de elektrische veldrichting werden waargenomen in figuur 3b, en deze verschijnselen zijn duidelijker wanneer ze zich in de buurt van de metalen kegel bevinden. Het effect ervan op het veranderen van het elektrische veld werkt als het convergentie-effect op het licht door een bolle lens. De elektrische veldlijnen zijn convergent, zodat het een kleinere divergentiehoek van de richting van het elektrische veld teweegbrengt. Bovendien wordt de elektrische veldintensiteit op dezelfde positie ook groter vanwege deze convergentie en het superpositieprincipe van elektrisch veld. De inzet is de representatieve elektrische veldlijn geselecteerd uit hetzelfde gebied met vergroting. De veldsterkte is 4 × 10 ⁵ V/m in inzet van Fig. 3b, die groter is dan 3 × 10 ⁵ V / m in de inzet van Fig. 3a, wat aangeeft dat de grotere elektrische veldsterkte in de ruimte optreedt na toevoeging van een metalen kegel. En de divergentiehoek van de richting van het elektrische veld is 6 ° in de inzet van figuur 3b, wat kleiner is dan 20 ° in de inzet van figuur 3a. Deze resultaten impliceren dat deze elektrisch veld-gemodificeerde e-spinning uitgerust met een metalen kegel die een kleiner afzettingsgebied bewerkstelligt, kan worden toegeschreven aan een sterkere elektrische veldsterkte en een kleinere divergentiehoek, die de positief geladen vezels die in een smallere ruimte vliegen vernauwen en daardoor de hun afzetting naar een kleiner gebied.

Elektrisch velddistributie van e-spinning-modellen uitgerust met a zonder en b met een metalen kegel. Inzetstukken zijn vergrote afbeeldingen van hetzelfde gebied en tonen de hoek tussen de veldlijn en de verticale richting

In vivo snelle hemostase en analyse

Figuur 4a–c toont het belangrijkste proces van hemostase bij leverresectie bij ratten. Een snelle en effectieve hemostase werd binnen 10 s bereikt door NOCA-vezels met behulp van deze elektrisch veld-gemodificeerde e-spintechniek, die sneller is dan die van luchtstroom-ondersteunde e-spinning. Dit fenomeen kan worden toegeschreven aan de beter georiënteerde afzetting van elektrisch veld-gemodificeerde e-spinning dan luchtstroom-geassisteerde e-spinning, geverifieerd in Fig. 2d, wat betekent dat dezelfde hoeveelheid medische lijm nauwkeuriger op de wond kan worden aangebracht tijdens de dezelfde e-spintijd. In feite is NOCA medische lijm die in klinieken wordt gebruikt meestal sproeiend [28,29,30], terwijl het depositiegebied relatief groot is, wat leidt tot ernstige weefseladhesie, wat het moeilijk maakt om postoperatieve operaties uit te voeren, zoals het verwijderen van hechtingen en zelfs secundaire schade veroorzaken. Een beter georiënteerde depositie maakt niet alleen snellere hemostase mogelijk, maar kan ook weefseladhesie voorkomen. Figuur 4d toont het dwarsdoorsnede-SEM-beeld van NOCA-vezels die op het leveroppervlak zijn afgezet voor hemostase. Het laat zien dat NOCA-vezels stevig aan het oppervlak van de leversectie zijn gehecht en een compact vezelmembraan hebben gevormd met een dikte van ongeveer 50 m met een e-spintijd van 10 s. Tijdens deze korte e-spinning-tijd van 10 s is de afstandsverandering die wordt veroorzaakt door het trillen van de hand dat gewoonlijk het gevolg is van vermoeidheid klein, meestal niet meer dan 1 cm, en dus is de variatie van het afzettingsbereik klein. Interessanter is dat het oppervlak van de leversectie niet glad maar onregelmatig van vorm is (Fig. 4c), terwijl NOCA-vezels zich op dit onregelmatige oppervlak kunnen afzetten met een goede uniforme dikte (Fig. 4d), wat impliceert dat dit elektrisch veld gemodificeerde e -spintechniek heeft unieke voordelen bij snelle hemostase, zelfs op sommige onregelmatige oppervlakken van organen.

Hemostase in een rattenleverresectiemodel door in situ elektrisch veld geassisteerde e-spinning. een De lever werd gedissocieerd en de leverkwab werd blootgelegd. b De kwab was vrij en gefixeerd met een chirurgische hechtdraad om de leverbloedstroom tijdelijk te blokkeren. c Er werd een hepatectomie uitgevoerd en medische NOCA-lijmvezels werden op de wondplaats afgezet met ons elektrisch veldondersteunde e-spinning-apparaat. d Dwarsdoorsnede SEM-beeld van NOCA medische lijmvezels afgezet op het leveroppervlak voor hemostase

De WBC-tellingstest (Fig. 5a) werd gebruikt om postoperatieve infecties veroorzaakt door hepatectomie en hemostase bij ratten te evalueren. Vijf dagen na de operatie is het aantal WBC (P <-0,05) in de elektrisch veld-gemodificeerde e-spinning-groep was significant lager dan die van de conventionele sproeigroep en de luchtstroom-geassisteerde groep (P < 0.01). Bovendien was het dicht bij de schijngeopereerde groep (controlegroep), wat aangeeft dat de acute ontsteking na 5 dagen in de elektrisch veld-gemodificeerde e-spinning-groep tot een normale toestand was afgenomen. Integendeel, ratten in de sproeigroep en de luchtstroom-geassisteerde groep vertonen een ernstige ontstekingsreactie en langzamere regressie.

Bloed Test. een WBC-telling. b –d Leverfunctie-enzymtest. b Alanine-aminotransferase (ALT). c Aspartaataminotransferase (AST). d Glutamyltransaminase (GGT)

De leverfunctie werd geëvalueerd door de concentratie van het serum ALT (Fig. 5b), AST (Fig. 5c) en GGT (Fig. 5d). Hierin kunnen de ALT- en AST-concentratie gevoelig de omvang van levercelbeschadiging weerspiegelen. Hoge concentraties GGT kunnen wijzen op hepatitis, obstructieve geelzucht, galstasis en andere symptomen. Zoals getoond in Fig. 5b-d, waren de leverfunctie-enzymniveaus in elektrisch veld-gemodificeerde e-spinning-groep na 5 dagen operatie in wezen dicht bij die in de schijngroep (controlegroep) en waren significant lager dan die in de conventionele sproeigroep en de luchtstroom-geassisteerde groep, wat aangeeft dat de fysiologische toestand van de ratten in de elektrisch veld-gemodificeerde e-spinning-groep en de schijngroep vergelijkbaar was. Echter, de GGT in de spuitgroep en luchtstroom-geassisteerde groep bleef op de vijfde dag na operatie nog steeds hoog (P < 0,001), wat aangeeft dat er enkele ernstige problemen zijn, zoals galstasis en leverbeschadiging.

De pathologische biopsie op leverweefsels na hemostase werd verder uitgevoerd. Figuur 6a en c zijn pathologische secties van de lever na hemostase met respectievelijk luchtstroom-geassisteerde en elektrisch veld-gemodificeerde e-spinning, en figuur 6b en d zijn hun vergrote afbeeldingen. Vergeleken met de door luchtstroom ondersteunde e-spinninggroep, zijn de leverweefselgrenzen in de elektrisch veld-gemodificeerde e-spinninggroep relatief helderder en hebben ze een dunnere capsule. Deze resultaten geven aan dat het regeneratievermogen in de lever beter is in de groep met gemodificeerde elektrische velden. Bovendien werden minder ontstekingscellen waargenomen in de capsule, wat aangeeft dat de NOCA-vezelmembranen die zijn vervaardigd met de door het elektrisch veld gemodificeerde methode, minder ontstekingsreacties kunnen veroorzaken. Deze resultaten kunnen worden toegeschreven aan het feit dat met elektrisch veld gemodificeerde methoden een beter georiënteerde afzetting hebben dan met luchtstroom ondersteunde methoden, waardoor de hoeveelheid NOCA medische lijm die wordt gebruikt om hetzelfde hemostatische effect te bereiken, wordt verminderd, wat de weefseladhesie en daardoor ontstekingsremmend zal verminderen. antwoord. Bovendien kan uit Fig. 6a, b worden gezien dat medische lijm werd gescheiden van het leverweefsel, wat kan worden veroorzaakt door de luchtstroom, wat aangeeft dat de hechting tussen hen met behulp van luchtstroom-geassisteerde e-spinning niet zo sterk is als de elektrisch veld-gemodificeerde e-spinning.

Histopathologisch onderzoek met HE-kleuring waargenomen onder a , c vergroting × 100 en b , d vergroting × - 200. Histopathologisch onderzoek toont een ontstekingsreactie en leverbeschadiging bij hepatocyten in twee groepen op de zevende dag. De twee groepen zijn de a , b luchtstroom-ondersteunde groep en c , d elektrisch veld-gemodificeerde groep (blauwe pijl:ontstekingscellen; rode cirkel:medische lijm; zwarte pijl:dikte van hyperemiezone)