Duralna membrana (dura) je najudaljeniji od tri meningealna sloja koji oblažu centralni nervni sistem (CNS), koji uključuje mozak i kičmenu moždinu. Zajedno, moždane ovojnice funkcionišu kao amortizer za zaštitu CNS od traume, cirkulišu hranljive materije kroz CNS i uklanjaju otpad. Dura je takođe kritična biološka barijera koja sadrži cerebrospinalnu tečnost (CSF) koja okružuje sva CNS tkiva. Shodno tome, spontana povreda, trauma ili neophodne hirurške procedure mogu izazvati curenje likvora, što može ugroziti živote pacijenata, neurološke funkcije i oporavak.
„Kao neurohirurzi, mi rutinski otvaramo duru da bismo pristupili mozgu ili kičmenoj moždini, ali postizanje vodonepropusnog zatvaranja dure na kraju ovih procedura može biti izazov u određenim okolnostima“, rekao je Kajl Vu, doktor medicine, neurohirurg i saradnik. -prvi i ko-korespondent autor nove studije koja predstavlja inovativno rešenje za popravku durala.
„Naše trenutne opcije su ograničene, sastoje se od popravke šavova ili presađivanja, što može biti teško izvesti ako nema održivog tkiva, sa velikim defektima ili tokom minimalno invazivnih operacija. Trenutno dostupni hirurški zaptivači ne prianjaju dobro na vlažno tkivo, su previše krhki i nemaju potrebnu čvrstinu da bi pouzdano sprečili curenje CSF.“
Vu je sada docent na Medicinskom centru Veksner Univerziteta u Ohaju, a na početku studije bio je specijalizant neurohirurgije u Brigam i ženskoj bolnici u Bostonu i saradnik za hirurške inovacije u Bostonskoj dečijoj bolnici.
Novo rešenje za ponovno zatvaranje dure je sada razvijeno od strane tima bioinženjera na Institutu za biološki inspirisano inženjerstvo na Univerzitetu Harvard i na Harvardskoj školi za inženjerstvo i primenjene nauke (SEAS) Džon A. Polson (SEAS) i neurohirurzi u Brigamu. i Ženska bolnica, i Medicinski centar Veksner Univerziteta u Ohaju i bolnica za rak Džejms, koristeći multifunkcionalni biomaterijal koji se bavi ključnim ograničenjima trenutnih metoda popravke i ima potencijal da ih zameni.
Istraživači, predvođeni članom osnovnog fakulteta osnivača Instituta Viss i profesorom bioinžinjeringa porodice SEAS Robertom P. Pinkasom, dr Davidom Mooneiem, pokazali su da je njihov „Dural Tough Adhesive“ (DTA) bio bolji od trenutno korišćenih hirurških zaptivača u testovima koristeći in vivo životinjski modeli i ljudska tkiva ek vivo. Nalazi su objavljeni u Science Translational Medicine.
DTA su zanimljiv primer „bioinspirisanog inženjeringa“. Pre skoro deceniju, Munijeva grupa, koja je već prikupila ekspertizu u dizajnu hidrogelova sa izrazitim mehaničkim karakteristikama, tražila je primere u prirodi koji bi im mogli pomoći da pronađu nova rešenja za zaptivanje i regeneraciju povređenih tkiva u telu.
„Materijalni pristupi regeneraciji tkiva u to vreme uglavnom su se fokusirali na stvaranje snažne ‘adhezije’ za različite površine tela, ali ne toliko na snažnu unutrašnju ‘koheziju’, ili žilavost u odnosu na mehaničke sile tkiva“, rekao je prvi autor Benjamin. Freedman, Ph.D., bivši Viss istraživač saradnik u Munijevom timu.
„Pored toga, ostali su relativno neefikasni u vezivanju vlažnih površina tkiva prekrivenih različitim telesnim tečnostima.“ Njihova potraga dovela je grupu do puža Duski Arion (Arion subfuscus), koji luči posebnu vrstu sluzi koju koristi da se brzo zalepi na mesto kako bi sprečio grabljivce da je odvoje od različitih površina.
Delimično oponašajući svojstva sluzi puža, tim je razvio hidrogel koji se sastoji od dve međusobno pomešane polimerne mreže: mreže trajno umreženih molekula akrilamida koja stvara visoko elastičan gel, i mreže reverzibilno umreženih alginatnih molekula koji mogu preraspodeli energiju proizvedenu mehaničkim silama u osnovnim tkivima.
Uparen sa slojem visoke adhezije koji koristi hitozan, vlaknastu supstancu na bazi šećera dobijenu iz spoljašnjih skeleta školjki, kompozitni hidrogel čvrstog lepka (TA) može da se veže za različite površine prekrivene tečnošću formiranjem više vrsta hemijskih interakcija sa njima koji kooperativno stvaraju tesan pečat.
„Munijeva grupa je prethodno unapredila TA pristupe za popravku više tkiva, uključujući površine povređenog tkiva, tetive, defekte neuralne cevi beba u materici i druge. Kada nam se dr Vu obratio, prihvatili smo curenje duralne membrane kao nova klinička prilika za TA“, rekao je Fridman, koji je predvodio nekoliko TA aplikacija u Mooneijevom timu.
Tim je pokazao da DTA, čiji sastav prati istu osnovnu formulaciju TA, ima karakteristike relevantne za popravku koje su superiornije od onih kod postojećih hirurških zaptivača. In ek vivo studije su pokazale da se DTA znatno jače prijanja na duralne membrane svinja i da može da izdrži veće pritiske pre nego što propadne, u poređenju sa komercijalnim zaptivačima.
Superiorna mehanička čvrstoća je važna karakteristika DTA, pošto se povećani intrakranijalni pritisak može naići u stanjima kao što su tumori mozga, moždani udar, trauma, idiopatska intrakranijalna hipertenzija i hidrocefalus.
In vivo, kada se stavi direktno na duru pacova, DTA je zadržao svoju strukturu i bio je potpuno biokompatibilan najmanje četiri nedelje, uzrokujući samo minimalnu iritaciju, koja je bila uporediva sa komercijalnim zaptivačima.
Tim je pokazao da DTA mogu da pruže iste prednosti kada se testiraju korišćenjem ljudskog trupnog tkiva.
„U svetlu upornog trenda ka minimalno invazivnim neurohirurgijama za dobrobit pacijenata, idealan dural zaptivač ne samo da mora biti bolja alternativa za popravku šavova, već i biti lakši za rukovanje i postavljanje u uskim prostorima – trenutne metode popravke nisu dobre u oboje“, rekao je Vu.
„U stvari, uspeli smo da uvedemo DTA kroz nosnu šupljinu ljudskog kadaveričnog cefalusa i tačno ga postavimo na područje koje curi na bazi lobanje gde je izdržao veštački stvorene intrakranijalne pritiske koji su bili daleko izvan opsega čak i patoloških pritisaka.
Prevodeći neke od svojih ključnih in vitro nalaza u in vivo situaciju, Muni, Fridman, Vu i njihove kolege su se usredsredili na suzu u duralnoj vrećici koja obavija kičmenu moždinu svinja. Svinjska kičma jako podseća na ljudsku. Duralne suze su komplikacije koje se plaše tokom operacije kičme.
Tim je uspešno zapečatio rezove na dura sa DTA flasterom, ili alternativno sa komercijalnim zaptivačem za kičmu DuraSeal kao poređenje. Zatim su povećali pritisak tečnosti unutar kičmene moždine, primenjujući fiziološki manevar koji mnogi neurohirurzi izvode da testiraju integritet duralne popravke na kraju operacija.
Dok rezovi popravljeni DTA nikada nisu iskusili curenje sa ovim blagim povećanjem pritiska tečnosti, rezovi popravljeni DuraSeal-om počeli su da cure u 40% slučajeva. U modelu, DTA je takođe lako odolevao curenju čak i kada je bio izložen pritiscima tečnosti koji su mnogo veći od onih koji se javljaju u telu.
„Uzbuđeni smo što smo otvorili novu perspektivu za neurohirurge sa ovom studijom koja bi, u budućnosti, mogla olakšati niz hirurških intervencija i smanjiti rizik za pacijente koji treba da im se podvrgnu. Ova studija takođe naglašava koliko je jedinstvena i dobro shvaćena Napredak u dizajnu biomaterijala, poput onih koje smo napravili na našoj platformi Tough Adhesive, imaju potencijal da utiču na više različitih oblasti regenerativne medicine“, rekao je stariji autor Muni.
