Hemostasis Hati Cepat melalui Serat Lem Medis Electrospun yang Ditingkatkan Medan Listrik
Abstrak
Penyetoran serat elektrospin yang presisi masih menjadi tantangan besar untuk hemostasis organ. Kami menyajikan sistem e-spinning yang dimodifikasi medan listrik yang mengintegrasikan kerucut logam pada nozzle, memungkinkan penempatan serat yang dapat dikontrol. Area penyetoran dapat disesuaikan dengan mengubah ukuran kerucut, perilaku yang dikonfirmasi oleh simulasi elemen hingga. Dalam model reseksi hati tikus, kami menyetoran serat N-oktil-2-sianoakrilat (NOCA) langsung pada luka, mencapai hemostasis lengkap dalam 10 detik. Histologi pasca-operasi menunjukkan inflamasi dan adhesi jaringan yang jauh lebih rendah dibandingkan e-spinning yang dipertolongkan aliran konvensional. Perangkat handheld yang didukung baterai ini menunjukkan bahwa electrospinning yang siap lapangan dan portabel dapat memberikan hemostasis cepat dan akurat untuk skenario darurat, klinis, dan perawatan rumah.
Latar Belakang
Reseksi hati adalah pengobatan standar untuk malignitas hati, namun perdarahan besar umum karena vaskularitas organ yang kaya. Teknik hemostasis konvensional—jahitan, ligasi, elektrokauretri, dan sealant fibrin atau gelatin—memiliki keterbatasan seperti aplikasi yang tertunda, kerusakan jaringan, imunogenitas, masa simpan pendek, atau biaya tinggi. Electrospinning menawarkan pendekatan lapisan permukaan dengan dosis rendah yang dapat menyesuaikan diri dengan topografi luka yang tidak teratur. Namun, perangkat e-spinning yang ada rumit, tidak memiliki kontrol penyetoran yang presisi, dan bergantung pada listrik jaringan, membatasi penggunaannya di lokasi jarak jauh atau darurat. Desain e-spinning yang dipertolongkan aliran udara kami sebelumnya mengurangi area penyetoran tetapi memerlukan sumber daya eksternal untuk pompa udara. Oleh karena itu, kami mencari sistem yang dimodifikasi medan listrik yang portabel yang menyediakan penyetoran serat yang terarah dan presisi tanpa bergantung pada daya eksternal selain paket baterai kecil.
Konduktor logam yang ditempatkan dalam medan elektrostatis dapat menimbulkan muatan permukaan yang mengubah distribusi medan. Dalam electrospinning, trajetur jet yang diisi tergantung pada medan lokal; demikian pula, kerucut logam yang ditempatkan secara strategis dapat memfokuskan jet, mengurangi divergensinya dan membatasi area penyetoran. Kami memilih NOCA—adesif sianoakrilat yang disetujui klinis—as bahan spinning karena mat serat polimer lebih fleksibel dan membutuhkan volume yang lebih sedikit daripada film lem tebal konvensional.
Dalam studi ini, kami mengembangkan teknik e-spinning yang dimodifikasi medan listrik yang memungkinkan penyetoran serat NOCA yang dapat dikontrol dan presisi pada situs reseksi hati tikus, mencapai hemostasis cepat. Portabilitas dan akurasi teknik ini membuatnya cocok untuk aplikasi darurat, klinis, lapangan, dan rumah.
Metode
Bahan
Lem NOCA (N-oktil-2-sianoakrilat dengan aditif PMMA) disediakan oleh Guangzhou Baiyun Medical Adhesive Co., Ltd. Hidrat kloral (larutan 10 %) digunakan untuk anestesi tikus.
Eksperimen Hemostasis In Vivo
Empat puluh tikus SD dewasa jantan (300–350 g) diacak menjadi dua kelompok (n = 20 masing-masing): e-spinning yang dipertolongkan aliran udara dan e-spinning yang dimodifikasi medan listrik. Setelah anestesi dan laparotomi tengah, reseksi lob kiri 50 % dilakukan. Dalam kelompok medan listrik, kerucut logam berukuran 2,5 cm sisi, sudut 60° dipasang pada spinner, dengan jarak jarum-kolektor 10 cm dan tegangan 10 kV. Kelompok yang dipertolongkan aliran udara menggunakan outlet 1,2 mm, aliran 120 µl min⁻¹, 10 kV, dan jarak 10 cm. Total prosedur berlangsung sekitar 20 menit per tikus. Semua eksperimen mematuhi pedoman perawatan hewan institusi.
Ujian Darah dan Potongan Patologis
Darah diambil dengan puncak jantung pada hari operasi ke-3 dan ke-5 untuk perhitungan WBC dan ujian fungsi hati. Pada hari 7, tikus di-eutanasia, hati diekstrak, diperbaiki dalam formalin netral 4 %, diembalikan parafin, dan diwarnai H&E.
Simulasi Medan Listrik
Analisis elemen hingga memodelkan pasokan 12 kV, jarum tembaga, kerucut tembaga, dan kolektor aluminium di udara. Panjang jarum, diameter kerucut, dan jarak kolektor diatur ke 3 cm, 5 cm, dan 10 cm, masing-masing.
Karakterisasi
Citra SEM dilakukan pada Hitachi TM-1000. Spektrum FTIR direkam dengan spektrometer Nicolet In10. Mikroskop optik (Olympus BX51) menilai batas penyetoran, dan kamera Casio Exilim menangkap prosedur in vivo.
Hasil dan Pembahasan
E-spinning yang Dimodifikasi Medan Listrik untuk Penyetoran Presisi
Perangkat handheld (Gambar 1) menggunakan dua baterai AAA tanpa merkuri dan konverter tegangan tinggi, menghilangkan ketergantungan pada listrik jaringan. Kerucut logam yang dapat disesuaikan mengganti modul aliran udara sebelumnya, mengubah distribusi medan tanpa daya tambahan. Keamanan dijamin dengan mempertahankan arus rendah meski tegangan tinggi.
Skematis perangkat NOCA e-spinning yang dimodifikasi medan listrik untuk hemostasis hati.
SEM mengungkapkan serat NOCA berkelanjutan dengan diameter 1–3 µm (Gambar 2a). FTIR mengonfirmasi polimerisasi: puncak pada 714, 2761, dan 1732 cm⁻¹ (–CH₂–, –C≡N, –C=O) dan hilangnya pita 3127 cm⁻¹ (=CH–). Dengan mengubah diameter kerucut, area penyetoran menyusut proporsional (Gambar 2c), yang menunjukkan pengawasan jet yang lebih erat. Peningkatan jarak jarum-kolektor meluaskan area (Gambar 2d), tetapi kerucut masih menghasilkan penyebaran yang lebih kecil daripada e-spinning konvensional. Ini menunjukkan kemampuan kerucut untuk memfokuskan medan listrik dan meningkatkan presisi penyetoran.
a SEM serat NOCA; b spektrum FTIR; c Area penyetoran vs. diameter kerucut; d Area penyetoran vs. jarak.
Analisis Mekanisme Penyetoran Presisi
Hasil elemen hingga (Gambar 3) menunjukkan bahwa kerucut logam memperkuat kekuatan medan dan menyempitkan sudut divergensi. Garis medan di dekat kerucut mencapai 4 × 10^5 V/m (vs. 3 × 10^5 V/m tanpa kerucut) dan sudut turun dari 20° menjadi 6°, membatasi jet yang diisi ke trajetur yang lebih kecil. Ini menjelaskan area penyetoran yang dikurangi yang diamati secara eksperimental.
Distribusi medan listrik: a tanpa kerucut; b dengan kerucut. Inset menunjukkan sudut garis medan (6° vs. 20°).
Hemostasis Cepat In Vivo dan Analisis
Dalam model tikus, perangkat yang dimodifikasi medan listrik mencapai hemostasis lengkap dalam 10 detik (Gambar 4a–c), lebih cepat daripada e-spinning yang dipertolongkan aliran udara. SEM permukaan hati (Gambar 4d) mengungkapkan membran serat tebal 50 µm yang seragam yang menyesuaikan diri dengan topografi luka yang tidak teratur, menyoroti adaptabilitas teknik ini.
Hemostasis dalam model reseksi hati tikus: a hati terbuka; b jahitan sementara; c depo NOCA; d SEM potongan lintang membran serat.
Perhitungan WBC (Gambar 5a) menunjukkan inflamasi yang jauh lebih rendah pada kelompok medan listrik pada hari 5 (p < 0,05), sebanding dengan kontrol sham. Enzim hati (ALT, AST, GGT) juga sangat teruram (Gambar 5b–d), yang menunjukkan cedera hati minimal. Histologi (Gambar 6) mengungkapkan batas jaringan yang lebih jelas, kapsul yang lebih tipis, dan lebih sedikit sel inflamasi pada kelompok medan listrik dibandingkan kontrol yang dipertolongkan aliran udara, menyoroti respons inflamasi dan adhesi jaringan yang lebih rendah.
Ujian darah: a WBC; b–d enzim hati (ALT, AST, GGT).
Histologi H&E (×100 dan ×200). Inflamasi dan cedera hati terlihat pada kedua kelompok, tetapi kurang mencolok pada kelompok medan listrik.
Kesimpulan
Kami telah menunjukkan bahwa sistem e-spinning yang dimodifikasi medan listrik, dengan kerucut logam yang dapat disesuaikan, menyediakan penyetoran serat NOCA yang presisi dan terarah untuk hemostasis hati cepat. Area penyetoran dapat dikontrol oleh ukuran kerucut, dan simulasi mengonfirmasi bahwa medan yang difokuskan mengurangi divergensi jet. In vivo, teknik ini mencapai hemostasis dalam 10 detik, dengan inflamasi dan adhesi jaringan yang lebih rendah dibandingkan e-spinning yang dipertolongkan aliran udara. Desain handheld yang didukung baterai membuat pendekatan ini cocok untuk situasi darurat, klinis, lapangan, dan perawatan rumah.
