بخیه‌های جراحی که بار الکتریکی تولید می‌کنند می‌توانند بهبود زخم را تسریع کنند

به گزارش مجله خبری نگار، در مطالعه‌ای که اخیراً در مجله Nature Communications منتشر شده است، دانشمندان یک ماده بخیه زیست جذب شونده برای تحریک الکتریکی (ES) (BioES-suture) تولید کرده‌اند.

زخم‌های جراحی مزمن و حاد در عمل بالینی رایج هستند. آب‌بندی کامل بافت‌های آسیب‌دیده برای بهبود و به حداقل رساندن عوارض، به‌ویژه برای زخم‌های پس از عمل ناشی از جراحی یا تروما، ضروری است. الیاف بخیه از دیرباز برای بستن زخم‌ها استفاده شده‌اند. اگرچه بخیه‌های قابل جذب مصنوعی باعث حداقل واکنش بافتی می‌شوند و زیست سازگار هستند، اما بهبود زخم را تسریع نمی‌کنند.

گزارش شده است که ES برای بهبود زخم در درمان غیر دارویی مؤثر است، زیرا مکانیسم بهبود طبیعی میدان الکتریکی درون‌زا را تقلید می‌کند. این میدان تولید و دریافت فاکتور‌های رشد را تحریک می‌کند، مهاجرت یون‌های سدیم و پتاسیم را بین بافت‌ها افزایش می‌دهد، رشد نوریت‌ها را هدایت می‌کند و تکثیر و مهاجرت سلولی را القا می‌کند.

دستگاه‌های ES توسعه یافته‌اند که به طور قابل توجهی بهبود زخم را تسریع می‌کنند. با این حال، این دستگاه‌ها عمدتاً برای میکروتروما، ترمیم عصب یا استخوان و ... استفاده می‌شوند و نمی‌توان از آنها در مناطقی که نیاز به بخیه دارند استفاده کرد. علاوه بر این، دستگاه‌های ES در بدن انسان تا حدی تجزیه یا حل نمی‌شوند.

در مطالعه حاضر، محققان BioES-suture، یک فیبر مکانیکی-الکتریکی زیست‌جذب‌پذیر پیوسته غیرفعال، را به عنوان یک بخیه ES توسعه دادند. این بخیه می‌تواند با یک فرآیند پیوسته ساخته شود؛ نانوفیبر‌های پلی (لاکتیک-کو-گلیکولیک اسید) (PLGA) روی سطح الکترود نخ منیزیم ریسیده شدند تا یک فیبر هسته از پیش مونتاژ شده (Mg@PLGA) تشکیل دهند.

سپس فیبر هسته از پیش مونتاژ شده از مذاب پلی کاپرولاکتون (PCL) استخراج شد. PCL به سرعت خنک شد و به دور فیبر هسته پیچیده شد تا نخ بخیه BioES تشکیل شود. لایه‌های PLGA و PCL واحد تولید انرژی بودند، در حالی که نخ منیزیم واحد جمع‌آوری انرژی الکتریکی بود. نخ بخیه BioES استحکام کششی بالاتری نسبت به نخ‌های بخیه غیرقابل جذب و زیست جذب تجاری نشان داد.

زیست‌سازگاری نخ بخیه BioES با کشت فیبروبلاست‌ها در رشته‌های منیزیمی برش‌خورده، Mg@PLGA و نخ بخیه BioES ارزیابی شد. تکثیر غیر راکد و گسترش طبیعی فیبروبلاست‌ها نشان داد که نخ بخیه BioES غیرسمی و زیست‌سازگار است. سپس تیم تحقیقاتی عملکرد تولید انرژی نخ بخیه را اندازه‌گیری کرد.

بخیه BioES روی فیبر‌های عضلانی مصنوعی استفاده شد و در آب غوطه‌ور شد تا از طریق اختلاف پتانسیل جدایش تماسی بین غلاف PCL و لایه‌های هسته PLGA، برق تولید کند. خروجی الکتریکی آن می‌توانست یک صفحه نمایش LCD را روشن کند. محققان همچنین خروجی الکتریکی را در آب و هوا مقایسه کردند. ولتاژ خروجی در آب ۱.۳۹ ولت بیشتر از هوا بود و در فرکانس‌های مختلف پایدار ماند.

سپس این تیم، تخریب آزمایشگاهی نخ بخیه BioES را بررسی کرد. نخ بخیه و الکترود منیزیمی در محلول نمکی بافر فسفات (PBS) انکوبه شدند تا تخریب انجام شود. الکترود و فیبر هسته از پیش مونتاژ شده ظرف ۱۴ روز تخریب شدند. با این حال، پس از ۲۴ هفته هیچ تخریبی در نخ بخیه BioES مشاهده نشد.

در مرحله بعد، عضلات پنجه موش با استفاده از نخ بخیه BioES بخیه زده شدند. ولتاژ خروجی در طول ورزش معمولی ۲.۳ ولت بود که با تحریک آزمایشگاهی قابل مقایسه است و نشان می‌دهد که نخ بخیه BioES می‌تواند حرکات بدن را به تکانه‌های الکتریکی پایدار تبدیل کند. سپس این تیم از نخ بخیه BioES بر روی برش‌های عضلانی در حال خونریزی در موش‌های Sprague-Dawley استفاده کرد. دو گروه دیگر از موش‌ها شامل گروهی با نخ بخیه زیست جذب شونده (Bio-suture) و گروهی بدون نخ بخیه (کنترل) بودند.

محققان سیگنال‌های الکترومیوگرافی را در سه گروه اندازه‌گیری کردند و شدت سیگنال به‌طور قابل‌توجهی بالاتری را در گروه بخیه BioES مشاهده کردند؛ شدت سیگنال بین گروه‌های بخیه زیستی و کنترل مشابه بود. علاوه بر این، آنها رنگ‌آمیزی هماتوکسیلین-ائوزین و تری‌کروم ماسون را روی بافت‌های زخم انجام دادند. گروه بخیه BioES مهاجرت بافت بهبود یافته، بازسازی زخم تسریع شده و تقریباً بهبودی کامل را نشان داد.

رسوب کلاژن در گروه بخیه BioES نیز مشهود بود که شبیه فاز بازسازی بهبود طبیعی زخم است. علاوه بر این، هیچ فیبروز قابل توجهی در بافت بهبود یافته در گروه BioES وجود نداشت. میزان بسته شدن زخم برای گروه بخیه BioES، ۹۶.۵٪، برای گروه بخیه زیستی، ۸۲.۲٪ و برای گروه کنترل، ۶۰.۴٪ بود. در نهایت، این تیم یک مدل عفونت زخم در موش‌ها ایجاد کرد و از بخیه‌های جراحی معمولی و بخیه‌های BioES استفاده کرد.

بافت‌های زخم پس از یک هفته برای شمارش و کشت باکتری‌ها جمع‌آوری شدند. بخیه‌های BioES نتایج بهبودی بهتری نسبت به بخیه‌های جراحی معمولی نشان دادند و تعداد باکتری‌ها را در کشت به طور قابل توجهی کاهش دادند. علاوه بر این، مطالعات ضد میکروبی نشان داد که گروه بخیه BioES در مقایسه با موش‌هایی که بخیه‌های جراحی معمولی و ضدعفونی روزانه زخم داشتند، تعداد باکتری‌های نسبتاً کمی (حتی) بدون ضدعفونی روزانه زخم داشتند.

محققان با همکاری یکدیگر، ماده بخیه BioES را برای تسریع بهبود زخم با تبدیل حرکات بدن به ES مؤثر توسعه دادند. این ماده بخیه، استحکام قابل مقایسه‌ای با مواد بخیه تجاری استاندارد نشان می‌دهد.

آزمایش‌های درون‌تنی (in vitro) و درون‌تنی (in vivo) نشان داد که این ماده‌ی بخیه می‌تواند یک میدان الکتریکی درون‌زا در محل زخم برای تحریک رشد سلول‌های بنیادی (ES) ایجاد کند، تکثیر و مهاجرت سلولی را تحریک کند و خطر عفونت را کاهش دهد.

به طور کلی، نتایج این مطالعه نشان می‌دهد که BioES-suture یک ماده بخیه ایمن، مدرن و زیست تخریب‌پذیر است که می‌تواند در عمل بالینی مورد استفاده قرار گیرد.