{{{sourceTextContent.title}}}

Tow-Int Tech erleichtert die Forschung zur Heilung von Plateauwunden: Der Durchbruch einer neuartigen Hydrogel-Bandage

{{{sourceTextContent.subTitle}}}

Rui Lei und andere haben einen injizierbaren Hydrogel-Verband für hypoxische Wunden entwickelt, der die Heilung verbessern und neue Behandlungsmöglichkeiten bieten kann.

{{{sourceTextContent.description}}}

Die Wundheilung in Plateaugebieten ist eine große Herausforderung im medizinischen Bereich. Herkömmliche Wundbehandlungsmethoden sind in der besonderen Umgebung von Hochebenen wenig wirksam. Kürzlich schrieben Forscher wie Rui Lei und Mingbao Gu den Artikel "Lipoic Acid/Trometamol Assembled Hydrogel as Injectable Bandage for Hypoxic Wound Healing at High Altitude", der auf einschlägigen Plattformen veröffentlicht wurde. Ziel dieser Studie war es, einen injizierbaren Hydrogelverband zu entwickeln, der für hypoxische Wunden in Hochgebirgsregionen geeignet ist, und seine Leistungsfähigkeit und molekularen Mechanismen zur Förderung der Wundheilung zu untersuchen. Es wurde festgestellt, dass dieser Hydrogel-Verband die Wundheilung wirksam verbessern kann und neue Lösungen und Forschungsrichtungen für die Wundbehandlung in Hochgebirgsregionen bietet.

1. Forschungshintergrund

Die Wundheilung in Hochplateaugebieten ist schwierig. Das raue Klima mit niedrigem Luftdruck, wenig Sauerstoff, Kälte und die einzigartige geografische Umgebung der Hochebenen, die die physiologischen Funktionen und den Stoffwechsel des menschlichen Körpers verändert, führen zu Problemen wie Fettverflüssigung, Wundhämatomen und nicht heilenden Wunden. Schwere Hypoxie ist einer der wichtigsten Faktoren, die die Wundheilung in Hochlandgebieten beeinträchtigen. Die Entwicklung von Verbänden, die die Wundheilung durch zusätzliche Sauerstoffzufuhr fördern können, ist von großem klinischen und wirtschaftlichen Wert. α-Liponsäure (LA) hat in der biomedizinischen Anwendung viel Aufmerksamkeit erregt. Das durch seine Polymerisation gebildete Poly(liponsäure)-Hydrogel (PLA) ist jedoch aufgrund seiner hohen Viskosität und starken Adhäsion schwer zu injizieren. Die Entwicklung eines injizierbaren Hydrogel-Verbandes auf PLA-Basis ist eine große Herausforderung.

2. Experimentelle Methoden

2.1 Versuchstiere und Gruppeneinteilung

Für das Experiment wurden SD-Ratten ausgewählt und in drei Gruppen eingeteilt: die GEL-Gruppe, bei der die Wunde mit dem zusammengesetzten Hydrogel injiziert wurde; die GEL + NIR-Gruppe, bei der die Wunde mit dem zusammengesetzten Hydrogel injiziert und dann mit Nah-Infrarot (NIR) bestrahlt wurde; und die BLANK-Gruppe, bei der die Wunde nur mit Hämostase behandelt wurde.

2.2 Herstellung eines Höhentrauma-Modells

Modellbau-Methode: In einem Tierversuch mit einem Niederdruck-Sauerstoff-Umgebungskontrollsystem wurden betäubten, rasierten und desinfizierten SD-Ratten drei 2 cm lange Schnitte auf dem Rücken zugefügt, um ein Wundmodell zu erstellen.

2.3 Erkennungsindikatoren

Hydrogel-bezogene Leistungsindikatoren: Mit einem Rheometer wurden die Modul-Frequenz-Beziehung, der Dehnungsscan, die Viskositätsänderung mit der Scherrate und das Selbstheilungsverhalten des Hydrogels untersucht. Mit Hilfe der Dichtefunktionaltheorie wurden die Struktur und die Bindungsenergie der von LA und Trometamol gebildeten Komplexe untersucht. Die photothermische Umwandlungsleistung des Hydrogels wurde getestet. Es wurden Zugversuche durchgeführt, um die Bruchdehnung, den Elastizitätsmodul und die Zähigkeit des Hydrogels zu ermitteln. Zur Bewertung der Adhäsionsleistung des Hydrogels wurden Lappenschertests durchgeführt, und die Fähigkeit des Hydrogels, Sauerstoff zu erzeugen, wurde ermittelt.

Wundheilungsbezogene Indikatoren: H&E- und Masson-Färbungen wurden an den Wunden durchgeführt, um histologische Veränderungen zu beobachten. Durch Immunfluoreszenzfärbung wurde die Expression von Hypoxie-induzierbarem Faktor - 1α (HIF - 1α), Interleukin - 1β (IL - 1β) und Interleukin - 4 (IL - 4) in den Wunden nachgewiesen.

2.4 Statistische Analyse

Jede Messung basierte auf der wiederholten Analyse von mindestens drei unabhängigen Experimenten. Die quantitativen Ergebnisse wurden als Mittelwert ± Standardabweichung angegeben. Zur Ermittlung der statistischen Unterschiede wurde eine einseitige Varianzanalyse (ANOVA) durchgeführt, wobei p < 0,05 als statistisch signifikant angesehen wurde.

3. Experimentelle Ergebnisse

Hydrogel-Gelierung und Leistung: LA und Trometamol konnten innerhalb von 5 Minuten bei Raumtemperatur in einem bestimmten molaren Verhältnis schnell gelieren. Der Zusatz von Ce³⁺ konnte die Gelierung auf 2 Minuten beschleunigen. Das Hydrogel mit dem Zusatz von DA und g-C₃N₄-Nanoblättern hatte eine photothermische Funktion. Nach NIR-Bestrahlung polymerisierte LA, und die mechanischen und adhäsiven Eigenschaften des Hydrogels wurden verbessert.

Mechanische Eigenschaften: Ce³⁺ konnte die Polymerisation von LA beschleunigen und ein physikalisches Netzwerk bilden. Bei niedrigem Gehalt verbesserte es die mechanischen Eigenschaften des Hydrogels, während es sie bei hohem Gehalt verringerte. DA beteiligte sich an der Polymerisation von LA. Bei niedrigem Gehalt war seine Wirkung auf die mechanischen Eigenschaften komplex, bei hohem Gehalt erhöhte es den Elastizitätsmodul und die Zähigkeit und verringerte die Bruchdehnung. g-C₃N₄-Nanoblätter konnten die mechanischen Eigenschaften des Hydrogels verbessern.

Adhäsionseigenschaften: Der GEL(LA/DA/Ce³⁺/g-C₃N₄)-Verband hatte eine starke Adhäsion an verschiedenen Substraten und Geweben. Die Adhäsionskraft wurde durch den Gehalt an Ce³⁺, DA und g-C₃N₄-Nanoblättern beeinflusst. DA könnte die Haftstabilität und die langfristige Wirksamkeit verbessern.

Wundheilungseffekt: Der GEL(LA/DA/Ce³⁺/g-C₃N₄)-Verband in Kombination mit NIR-Bestrahlung konnte die Wundheilung wirksam fördern, die Expression von HIF-1α reduzieren, die Expression von Entzündungsfaktoren regulieren und eine für die Wundheilung günstige Mikroumgebung schaffen.

4. Schlussfolgerungen der Forschung

LA konnte mit Hilfe von Trometamol schnell gelieren und ein elastisches Hydrogel bilden, das injizierbar und plastisch war. NIR-Bestrahlung konnte die Polymerisation von LA auslösen und die Kohäsion des Hydrogels verbessern. Der Hydrogelverband mit Ce³⁺, DA und PDA-beschichtetem g-C₃N₄ wies gute mechanische und adhäsive Eigenschaften auf und konnte die Wundheilung in einer Niederdruck-Sauerstoffumgebung wirksam fördern, was eine neue Option für die Wundbehandlung in Plateaubereichen darstellt.

5. Für den Forschungsprozess wurde eine Vielzahl wissenschaftlicher Forschungsgeräte verwendet.

5.1 Rheometer

Es wurde verwendet, um die rheologischen Eigenschaften des Hydrogels zu testen. Die Gelierzeit wurde bestimmt, indem beobachtet wurde, dass die Hydrogel-Lösung nicht fließt, wenn sie umgedreht wird. Es wurden Frequenzsweeps durchgeführt, um das Verhältnis zwischen Modul und Frequenz des Hydrogels zu testen. Dehnungs-Sweeps wurden durchgeführt, um die Leistungsänderungen des Hydrogels unter verschiedenen Dehnungen zu analysieren. Das Scherverdünnungsverhalten des Hydrogels wurde getestet, und das Selbstheilungsverhalten des Hydrogels wurde bewertet.

5.2 Infrarot-Wärmebildkamera

Sie wurde verwendet, um die photothermische Umwandlungsleistung des Hydrogels zu testen. Während der 10-minütigen kontinuierlichen Bestrahlung von Hydrogelproben mit verschiedenen Dopaminkonzentrationen durch einen 808-nm-Nahinfrarotlaser wurden die Temperaturänderungen und Wärmebilder des Hydrogels aufgezeichnet, um seine photothermische Wirkung zu bewerten.

5.3 Universalprüfmaschine

Sie wurde für die Durchführung von Zugversuchen am Hydrogel verwendet. Durch Analyse der Spannungs-Dehnungs-Kurve wurden Parameter wie die Bruchdehnung und der Elastizitätsmodul des Hydrogels ermittelt und die Zähigkeit des Hydrogels berechnet.

5.4 Mikroplatten-Lesegerät

Bei der In-vitro-Biokompatibilitätsprüfung wurde die Absorption der Zellkulturvertiefungen bei 450 nm gemessen. Nachdem das CCK-8-Reagenz mit den Zellen reagiert hatte, wurde mit dem Mikroplattenlesegerät die Absorption gemessen, um die Wirkung des Hydrogels auf die Zellproliferation zu bewerten und somit die Biokompatibilität des Hydrogels zu beurteilen.

5.5 Invered-Fluoreszenzmikroskop

In Verbindung mit dem LIVE/DEAD Viabilitäts-/Zytotoxizitäts-Kit wurde es zur Beobachtung der Lebensfähigkeit der Zellen verwendet. Beim In-vitro-Biokompatibilitätstest wurden die mit dem Hydrogel kultivierten Zellen angefärbt, und die lebenden Zellen (grüne Fluoreszenz) und die toten Zellen (rote Fluoreszenz) wurden unter dem inversen Fluoreszenzmikroskop beobachtet, um die Zytotoxizität des Hydrogels auf die Zellen intuitiv zu bewerten.

5.6 Tierversuch Niederdruck-Sauerstoff-Umgebungskontrollsystem (ProOx - 811, Tow - Int TECH)

Es wurde verwendet, um die sauerstoffarme Umgebung von Plateaus zu simulieren, zu erhöhen und an SD-Ratten zu experimentieren. In dem In-vivo-Experiment zur Wundheilung wurde in diesem System eine sauerstoffarme Umgebung geschaffen, um die Wirkung des Hydrogelverbands auf die Wundheilung unter ähnlichen sauerstoffarmen Bedingungen in Plateaugebieten zu untersuchen.

Für diese Studie wurde das Tierversuchssystem zur Kontrolle der hypobraischen Sauerstoffumgebung (Tow-Int Tech) verwendet:

Dieses Gerät kann einen Höhenbereich von 0 - 12.000 Metern simulieren. Das System kann automatisch die Prozesse der Druckentlastung, der Druckstabilisierung und der Druckbeaufschlagung abschließen. Es kann die Geschwindigkeit des Höhenanstiegs, die gehaltene Höhe, die Dauer und die Geschwindigkeit des Höhenabstiegs genau kontrollieren. Es kann die Temperatur, die Feuchtigkeit, die Sauerstoffkonzentration, den Sauerstoffpartialdruck, die Kohlendioxidkonzentration, den Druck in der Kammer und die simulierte Höhe überwachen. Es verfügt über eine Datenexportfunktion, mit der die Daten direkt auf einem USB-Flash-Laufwerk gespeichert und auf einem Computer gelesen werden können. Es ist mit einer tropffreien Spezialwasserflasche ausgestattet, um ein Nachtropfen während des Experiments mit einer normalen Wasserflasche zu vermeiden und erfüllt so verschiedene experimentelle Anforderungen.

Mit diesem Gerät können gängige akute Höhenkrankheiten simuliert werden, z. B. ein Höhenhirnödem, ein Höhenlungenödem und eine Höhenherzerkrankung. Es kann auch chronische Höhenkrankheiten wie Polyzythämie und Herz-Kreislauf-Erkrankungen simulieren.

Referenz

Lei R, Gu M, Li J, et al. Zusammengesetztes Liponsäure/Trometamol-Hydrogel als injizierbarer Verband für hypoxische Wundheilung in großer Höhe[J]. Chemical Engineering Journal, 2024, 489: 151499.

Kontaktieren Sie uns jetzt!

Wir wollen Ihre Forschung einfacher, genauer und effizienter machen und Ihnen helfen, Vertrauen in Ihre Daten aufzubauen! Wir haben bereits für eine Vielzahl von Kunden Dienstleistungen erbracht und verfügen über reiche Erfahrungen mit maßgeschneiderten, professionellen Lösungen für Ihre Bedürfnisse.