Ein erstes Ziel ist es daher, die Klebermischung des Polyurethanklebers so weiterzuentwickeln, dass der Kleber ähnlich K2 eine gute Anbindung an die Wundfläche ausbildet, gleichzeitig jedoch bioabbaubar ist wie K1 und K3. Eine vollständige Resorption des Klebers innerhalb von zwei Wochen ist anzustreben, um die Wundheilung optimal zu unterstützen.
Um die Bindungskraft der optimierten Kleberkomposition zu überprüfen, ist ein Versuchsmodell wie das von LACAZE et al. (2012) gegenüber bisher durchgeführten in vitro Tests zu bevorzugen, da die Untersuchung der Klebeeigenschaften in vivo auf einer blutenden Wundfläche ein realistischeres Szenario mit größerer Aussagekraft bietet (siehe 5.2.4).
Außerdem könnten die hämostatischen Eigenschaften des Klebers in einem heparinisierten Tiermodell noch genauer bestimmt werden, weil Unterschiede in der
Wirksamkeit teils erst unter antikoagulatorischen Bedingungen erkennbar werden, wie von HORIO et al. (2010) gezeigt.
Da die Polyurethankleber eine gute hämostatische Wirkung an der hochvaskularisierten Leber aufwiesen, könnte der Anwendungsbereich auf Blutungen an anderen parenchymatösen Organen wie der Niere oder der Milz erweitert werden.
Eine neue Indikation könnten auch größere Gefäßverletzungen darstellen. In einer Berstungsdruck-Studie, wo eine definierte Gefäßverletzung an Arterie und Vene geklebt und dann der Druck ermittelt wurde, bei dem der Verschluss aufplatzte, schnitten alle synthetischen Kleber (K1, K2, K3) signifikant besser ab verglichen mit dem hämostatischen Schwamm Tachosil. Diese Untersuchungen wurden ebenfalls in unserem Institut durchgeführt, sind aber noch nicht publiziert. Fibrinkleber ist aufgrund der Gefahr der Thrombusabschwemmung für diese Anwendungen nicht empfohlen und wurde deshalb nicht vergleichend getestet.
Eine anhand der oben beschriebenen Kriterien optimierte Klebermischung stellt dann eine gute Alternative zu Beriplast dar. Folgende Vorteile bietet der synthetische Kleber gegenüber dem Fibrinkleber:
1.) Polyurethankleber besteht nur aus synthetischen Substanzen und kann daher keine Immunreaktion auslösen, wie dies nach Anwendung von Fibrinkleber im Menschen aufgrund von Reaktionen gegen bovines Fremdprotein beschrieben ist.
2.) Fibrinkleber birgt aufgrund der Gewinnung der Wirkstoffe aus humanem Plasma die Gefahr der Virusübertragung. Dies ist bei synthetischem Polyurethan ausgeschlossen.
3.) Polyurethankleber ist sofort einsatzbereit und kann bei Raumtemperatur gelagert werden. Dies ist besonders bei einem erweiterten Anwendungsspektrum wie dem Verschluss von Hautwunden bei Mensch und Tier zu berücksichtigen und ermöglicht somit auch einen Einsatz auch außerhalb klinischer Bedingungen.
4.) Aufgrund seiner synthetischen Herkunft ist Polyurethankleber viel kostengünstiger und könnte somit auch in der Tiermedizin relevant werden.
Über die Verwendung von Polyurethankleber als Hämostatikum hinausgehend, stellen sich zwei weitere Zukunftsperspektiven dar.
Zum einen bietet der Polyurethankleber Potential als Medikamentendepot. Dazu könnte nach genauer Ermittlung der Abbaukinetik in vivo mittels µCT-Untersuchungen ein bioabbaubares Kleberimplantat entwickelt werden, über das dann die Langzeitapplikation eines Wirkstoffes erfolgt. Dies bietet wiederum besonderes Potential für den tiermedizinischen Einsatz. Speziell bei Tieren, die nicht an das Handling gewöhnt sind und bei denen deshalb andere täglich anzuwendende Applikationsmethoden mit einem großen Stress für das Tier verbunden sind, stellt das Langzeitdepot eine gute Alternative dar.
Eine weitere Anwendungsmöglichkeit bietet der Klebstoff als Trägersubstanz und Biomaterial für Zell- und Gewebeverbände im Rahmen des Tissue Engineering. Da in Versuchen gezeigt wurde, dass Zellen am Kleber entlang wachsen (BAYER 2012), bietet der Kleber neben seinem Einsatz als Hämostatikum auch hier Zukunftspotential.
6 Zusammenfassung
Vera Sperber: Evaluation von drei neuen synthetischen Gewebeklebern im Leberteilresektionsmodell der Ratte
Trotz modernster chirurgischer Techniken stellt die Blutungsgefahr nach Resektionen an parenchymatösen Organen wie der Leber die größte Komplikation dar. Diese Problematik indiziert die Anwendung von topischen Hämostatika, die sich nach Substanzform (Kleber, Spray, Puder, Schwamm), Herkunft (pflanzlich, synthetisch, aus Tier- und Humanplasma) und Wirkungsweise (aktiv, passiv, abdichtend) unterscheiden lassen. Trotz dieser Vielzahl an Produkten erfüllt keines alle Anforderungen an ein Hämostatikum, das sicher, effektiv, gut verträglich, bioabbaubar, nicht allergen und preisgünstig sein soll.
In dieser Arbeit wurden drei neuartige synthetische Kleber (K1, K2, K3) der Bayer MaterialScience AG auf Basis von thermoplastischem Urethan auf hämostatische Eigenschaften, Funktionalität, Prävention von intraabdominalen Adhäsionen, Verträglichkeit und Bioabbaubarkeit untersucht. Vergleichend wurde der bereits klinisch etablierte Fibrinkleber Beriplast und NaCl als Kontrollsubstanz getestet. Dazu wurde in der männlichen Wistar-Ratte eine scharfe nicht-anatomische 15 %-Leberresektion durchgeführt und das Testagens aufgetragen. Nach Erfassung intraoperativer Messparameter und einer Messreihe im µCT zum Kleberabbau wurde das Tier nach 14, 21 oder 90 Tagen zur histologischen Untersuchung euthanasiert.
Alle Polyurethankleber (K1, K2, K3) erzielten eine genauso effektive Hämostase wie Beriplast und hatten eine höchstsignifikant geringere Blutungszeit und -menge verglichen mit der NaCl-Kontrollgruppe. Keiner der synthetischen Kleber zeigte eine toxische Auswirkung in Laborparametern, Leberregeneration oder histologischer Untersuchung. Auch im Überleben gab es keinen signifikanten Unterschied zwischen allen Gruppen. Während K1 und K3 nahezu und Beriplast vollständig nach 90 Tagen resorbiert waren, baute K2 fast gar nicht ab und zeigte in Arealen mit Kleberresten eine histiozytäre Entzündung mit Fremdkörperreaktion. Diese war auch bei K1 und K3 zu früheren Zeitpunkten erkennbar, hinterließ jedoch nur eine Narbe wie bei NaCl und Beriplast, wenn der Kleber vollständig resorbiert war. K1 und K3 konnten wie
Beriplast intraabdominale Adhäsionen signifikant gegenüber K2 und NaCl verringern.
Allerdings haftete K2 wie Beriplast der Wundfläche besser an als K1 und K3.
Ziel ist es, basierend auf den Erkenntnissen dieser Studie, die Polyurethanklebermischung so zu optimieren, dass eine gute Anhaftung an die Wundfläche unter Beibehaltung der Bioabbaubarkeit gewährleistet wird.
Dann stellt der Polyurethankleber eine gute Alternative zu Fibrinkleber dar, da er einfach in der Anwendung und nicht allergen ist und darüber hinaus keine Gefahr der Virusübertragung birgt.
7 Summary
Vera Sperber: Evaluation of three novel synthetic wound sealants in the partial rat liver resection model
Instead of modern surgical techniques, hemorrhage is the most common complication after resection on parenchymal organs like liver. For treating such problems, topical hemostatic agents are indicated. They can be differentiated by their application form (sealant, spray, powder, sponge), origin (herbal, synthetic, animal or human derived plasma), and mode of action (active, passive, sealing). Although there is this huge number of products, none of them exhibit all properties, which a hemostat should fulfill: safe, effective, tissue compatible, biodegradable, non antigenic and cheap.
In this study we evaluated three novel synthetic wound sealants from Bayer MaterialScience AG, based on polyurethane regarding hemostatic properties, functionality, prevention of intra-abdominal adhesions, tissue compatibility and biodegradation. In comparison we tested the already established and widely used fibrin sealant Beriplast and Sodium Chloride (NaCl) as a control solution. Therefore we induced a sharp non-anatomic 15 % liver resection in male wistar rats. The substance to be tested was applied to the wound area. After measuring intra-operative parameters and micro Computed Tomography (µCT) measurements for showing biodegradation, the animals were sacrificed on day 14, 21 or 90 post operation for histological analysis.
All synthetic sealants (K1, K2, K3) showed similar efficiency like Beriplast and reached significantly lower values for bleeding time and mass compared to NaCl control group. None of the sealants showed any toxicity in blood parameters, liver regeneration and histological analysis. Also survivability showed no statistically significant differences between the groups. While K1 and K3 were nearly and Beriplast was completely absorbed after 90 days, K2 did not show any biodegradation. Regions with remnants of sealant appeared as histiocytic inflammation with foreign body reaction. This was seen extensively in K2 even after 90 d. In K1 and K3 on the other hand there were only small reactive regions, until
sealant remnants were there. Whenever the sealant was degraded, there was just a scar left as also seen in NaCl and Beriplast. K1 and K3 significantly reduced intraabdominal adhesions in comparison to K2 and NaCl. However K2 like Beriplast, showed better adhesive strength to the wound area than K1 and K3.
Based on the results of this study, one major goal is to optimize the mixture of the polyurethane sealant, so that it reaches good adhesive strength and the ability to biodegrade. Then polyurethane sealant is a good alternative to Beriplast, because it is easy to use, non antigenic and does not contain the risk of virus transmission like fibrin sealant.