Snelle Leverhemostase via Elektrisch-Veld-Verbeterde Elektrogesponnen Medische Lijmvezels

Samenvatting

De nauwkeurige depositie van elektrogesponnen vezels blijft een grote uitdaging voor orgaanhemostase. We presenteren een elektrisch-veld-gemodificeerd e-spinning systeem dat een metalen kegel aan de monding integreert, wat controleerbare vezelplaatsing mogelijk maakt. Het depositiegebied is afstemmbaar door de kegelgrootte te variëren, een gedrag dat bevestigd wordt door eindige-elementsimulaties. In een rattenleverresectiemodel depositeerden we N-octyl-2-cyanoacrylaat (NOCA) vezels direct op de wond, wat volledige hemostase binnen 10 seconden bewerkstelligde. Post-operatieve histologie toonde een duidelijk verminderde inflammatie en weefseladhesie vergeleken met conventionele luchtstroom-geassisteerde e-spinning. Deze handzame, batterij-aangedreven apparaat toont aan dat draagbare, in het veld bruikbare elektrospinning snelle, nauwkeurige hemostase kan bieden voor noodgevallen, klinische en thuiszorgscenario's.

Achtergrond

Leverresectie is een standaardbehandeling voor leverkanker, maar zware bloeding is veelvoorkomend door de rijke vaatvoorziening van het orgaan. Conventionele hemostatische technieken - hechten, ligaturen, electrocauterisatie, en fibrine of gelatine sealants - hebben beperkingen zoals vertraagde toepassing, weefselschade, immunogeniciteit, korte houdbaarheid of hoge kosten. Elektrospinning biedt een lage-dosis, oppervlakte-coating benadering die kan conformeren aan onregelmatige wondtopografie. Bestaande e-spinning apparaten zijn echter bulkachtig, missen nauwkeurige depositiecontrole, en zijn afhankelijk van netstroom, wat hun gebruik in afgelegen of noodsituaties beperkt. Ons recente luchtstroom-geassisteerde e-spinning ontwerp verkleinde het depositiegebied, maar vereiste een externe bron voor de luchtpomp. We zochten daarom een draagbaar, elektrisch-veld-gemodificeerd systeem dat georiënteerde, nauwkeurige vezeldepositie levert zonder afhankelijkheid van externe stroombeyond een kleine batterijpakket.

Metallische geleiders geplaatst in een elektrostatisch veld kunnen oppervlakteladingen induceren die de veldverdeling herschikken. In elektrospinning hangt de geladen straaltraject af van het lokale veld; een strategisch gepositioneerde metalen kegel kan de straal fokken, de divergentie verminderen en het depositiegebied beperken. We selecteerden NOCA - een klinisch goedgekeurd cyanoacrylaatlijm - als spinnateriaal omdat polymere vezelmatten flexibeler zijn en minder volume vereisen dan een conventionele dikke lijmfilm.

In deze studie ontwikkelden we een elektrisch-veld-gemodificeerde e-spinning techniek die controleerbare, nauwkeurige depositie van NOCA vezels op een rattenleverresectieplaats toelaat, wat resulteert in snelle hemostase. De draagbaarheid en nauwkeurigheid van de techniek maken het geschikt voor noodgevallen, klinische, veld- en thuiszorgtoepassingen.

Methoden

Materialen

Het NOCA lijm (N-octyl-2-cyanoacrylaat met PMMA additief) werd geleverd door Guangzhou Baiyun Medical Adhesive Co., Ltd. Chlooraalhydraat (10% oplossing) werd gebruikt voor rattenanesthesie.

In Vivo Hemostase Experimenten

Veertig volwassen mannelijke SD ratten (300-350 g) werden gerandomiseerd in twee groepen (n = 20 elk): luchtstroom-geassisteerde e-spinning en elektrisch-veld-gemodificeerde e-spinning. Na anesthesie en middenlijnlaparotomie werd een 50% linkslobhepatectomie uitgevoerd. In de elektrisch-veldagroep werd een 2,5 cm zijde, 60° hoek metalen kegel op de spinner gemonteerd, met een 10 cm naald-tot-collector afstand en 10 kV spanning. De luchtstroom-geassisteerde groep gebruikte een 1,2 mm uitlaat, 120 µl min⁻¹ stroom, 10 kV, en 10 cm afstand. De totale procedure duurde ~20 min per rat. Alle experimenten voldeden aan institutionele richtlijnen voor dierenzorg.

Bloedonderzoek en Pathologische Snijden

Bloed werd verzameld via hartpunctie op postoperatieve dagen 3 en 5 voor leukocytentelling en leverfunctietesten. Op dag 7 werden ratten geëuthanaseerd, leveren geëxcideerd, gefixeerd in 4% gebufferde formaline, in paraffine ingebettet, en HE gekleurd.

Elektrisch Veld Simulatie

Eindige-elementanalyse modeleerde een 12 kV voeding, koperen naald, koperen kegel, en aluminium collector in lucht. Naaldlengte, kegeldiameter, en collectorafstand werden ingesteld op respectievelijk 3 cm, 5 cm, en 10 cm.

Karakterisering

SEM-beeldvorming werd uitgevoerd op een Hitachi TM-1000. FTIR-spectra werden opgenomen met een Nicolet In10 spectrometer. Een optische microscoop (Olympus BX51) beoordeelde depositiegrenzen, en een Casio Exilim camera registreerde de in-vivo procedure.

Resultaten en Discussie

Elektrisch-Veld-Gemodificeerde E-spinning voor Nauwkeurige Depositie

Het handzame apparaat (Fig. 1) gebruikt twee kwikvrije AAA-batterijen en een hoogspanningsconverter, wat afhankelijkheid van netstroom elimineert. Een afstelbare metalen kegel vervangt de vorige luchtstroommodule, wat de veldverdeling wijzigt zonder extra stroom. Veiligheid is gewaarborgd door lage stroom te handhaven ondanks hoge spanning.

SEM onthulde continue NOCA vezels van 1-3 µm diameter (Fig. 2a). FTIR bevestigde polymerisatie: pieken bij 714, 2761, en 1732 cm⁻¹ (–CH₂–, –C≡N, –C=O) en verdwijning van de 3127 cm⁻¹ (=CH–) band. Door de kegeldiameter te variëren, krimp het depositiegebied evenredig (Fig. 2c), wat duidt op strakkere straalconfinement. Het vergroten van de naald-collector afstand verbreedde het gebied (Fig. 2d), maar de kegel produceerde nog steeds een kleinere spreiding dan conventionele e-spinning. Dit demonstreert de capaciteit van de kegel om het elektrisch veld te fokken en de depositienauwkeurigheid te verbeteren.

Mechanismeanalyse van Nauwkeurige Depositie

Eindige-elementresultaten (Fig. 3) tonen dat de metalen kegel de veldsterkte versterkt en de divergentiehoek vernauwt. De veldlijn nabij de kegel bereikt 4 × 10⁵ V/m (vs. 3 × 10⁵ V/m zonder kegel) en de hoek daalt van 20° tot 6°, wat de geladen straal beperkt tot een kleinere traject. Dit verklaart het experimenteel waargenomen verminderde depositiegebied.

In Vivo Snelle Hemostase en Analyse

In het rattenmodel bewerkstelligde het elektrisch-veld-gemodificeerde apparaat volledige hemostase binnen 10 s (Fig. 4a-c), sneller dan luchtstroom-geassisteerde e-spinning. SEM van het leveroppervlak (Fig. 4d) onthulde een uniforme 50 µm-dikke vezelmembraan die conformeerde aan de onregelmatige wondtopografie, wat de aanpasbaarheid van de techniek benadrukt.

Leukocytentellingen (Fig. 5a) toonden significant lagere inflammatie in de elektrisch-veldagroep op dag 5 (p < 0,05), vergelijkbaar met sham-controles. Leverenzymen (ALT, AST, GGT) waren ook duidelijk verminderd (Fig. 5b-d), wat minimale leverletselschade aangeeft. Histologie (Fig. 6) onthulde een helderder weefselgrens, dunner capsule, en minder inflammatoire cellen in de elektrisch-veldagroep versus luchtstroom-geassisteerde controles, wat verminderde weefseladhesie en inflammatoire respons onderstreept.

Conclusies

We hebben aangetoond dat een elektrisch-veld-gemodificeerd e-spinning systeem, met een afstelbare metalen kegel, nauwkeurige, georiënteerde depositie van NOCA vezels levert voor snelle leverhemostase. Het depositiegebied is controleerbaar via kegelgrootte, en simulaties bevestigen dat het gefocuste veld de straaldivergentie vermindert. In vivo bewerkstelligt de techniek hemostase in 10 s, met lagere inflammatie en weefseladhesie vergeleken met luchtstroom-geassisteerde e-spinning. Het handzame, batterij-aangedreven ontwerp maakt deze benadering geschikt voor noodgevallen, klinische, veld- en thuiszorginstellingen.

Afkortingen

ALT:

Alanine aminotransferase

AST:

Aspartaat aminotransferase

CA:

Cyanoacrylaat

E-spinning:

Elektrospinning

FTIR:

Fourier-transformatie infrarood

GGT:

Glutamyltransaminase

HE:

Hematoxyline en eosin

NOCA:

N-Octyl-2-cyanoacrylaat

PMMA:

Polymethylmethacrylaat

SEM:

Scanning elektronenmicroscoop

WBC:

Witte bloedcel