高性能な徐放性キャリアコーティングシステムを用いた抗菌性外科用シルク縫合糸

Antibacterial Surgical Silk Sutures Using a High-Performance Slow-Release Carrier Coating System.

抄録

縫合糸は外科手術に欠かせない部品であり、縫合糸に関連した手術部位の感染症は術後ケアの重要な問題である。抗菌性の縫合糸は、細菌感染によって引き起こされる困難な合併症を減少させることが証明されている。ここ数十年、トリクロサンフリーの縫合糸が実用化されつつある。外科用縫合糸の加工には、別の抗菌物質が必要になってきています。ほとんどの抗菌物質は、ディッピング法やコーティング法によって縫合糸に直接担持されている。本研究の目的は，塩酸levofloxacinとポリε-カプロラクトンをベースにした新規抗菌性編組絹縫合糸を2つの異なる加工手順で最適化し，徐放性の抗菌効果と理想的な物理的・操作的特性を持つ縫合糸を実現することである。絹糸を円形編組機で縫合糸に加工し，編組前または編組後に2回浸漬2回圧延法で交互に抗菌処理を導入した（M1群，M2群）。Staphylococcus aureusおよびEscherichia coliに対する抗菌性および耐久性を試験した。pH値の異なるリン酸緩衝液中で薬物放出プロファイルを測定し，放出動態モデルを構築して，生体材料の界面とin vitroの水環境との間の持続的な薬物放出メカニズムを解析した。縫合糸の物理的および取り扱い上の特性を評価するために，ノットプル引張強さ，糸と糸の摩擦，曲げ剛性を測定した。すべてのコーティングされた縫合糸は，5日以上にわたって持続的な抗菌効果とゆっくりとした薬物放出の特徴を示した。さらに，処理された縫合糸は，米国薬局方で要求されているノットプル引張強さを満たしていた。M1グループの糸間摩擦と曲げ剛性は、コーティングされていないものと比較してわずかに変化した。しかし、M2グループの物理的および取り扱い上の特性は、モノフィラメントのそれに近づく傾向があります。この新しい縫合糸は、ISO 10993-5に準拠したin vitroの細胞毒性を示した。一般的に言って、すべてのコーティングされた縫合糸は、抗菌性の縫合糸材料として機能する可能性を示し、M1グループは臨床応用の可能性が高いことが証明された。

Sutures are a vital part for surgical operation, and suture-associated surgical site infections are an important issue of postoperative care. Antibacterial sutures have been proved to reduce challenging complications caused by bacterial infections. In recent decades, triclosan-free sutures have been on their way to commercialization. Alternative antibacterial substances are becoming relevant to processing surgical suture materials. Most of the antibacterial substances are loaded directly on sutures by dipping or coating methods. The aim of this study was to optimize novel antibacterial braided silk sutures based on levofloxacin hydrochloride and poly(ε-caprolactone) by two different processing sequences, to achieve suture materials with slow-release antibacterial efficacy and ideal physical and handling properties. Silk strands were processed into sutures on a circular braiding machine, and antibacterial treatment was introduced alternatively before or after braiding by two-dipping-two-rolling method (M1 group and M2 group). The antibacterial activity and durability against Staphylococcus aureus and Escherichia coli were tested. Drug release profiles were measured in phosphate buffer with different pH values, and release kinetics model was built to analyze the sustained drug release mechanism between the interface of biomaterials and the in vitro aqueous environment. Knot-pull tensile strength, thread-to-thread friction, and bending stiffness were determined to evaluate physical and handling properties of sutures. All coated sutures showed continuous antibacterial efficacy and slow drug release features for more than 5 days. Besides, treated sutures fulfilled U.S. Pharmacopoeia required knot-pull tensile strength. The thread-to-thread friction and bending stiffness for the M1 group changed slightly when compared with those of uncoated ones. However, physical and handling characteristics of the M2 group tend to approach those of monofilament ones. The novel suture showed acceptable in vitro cytotoxicity according to ISO 10993-5. Generally speaking, all coated sutures show potential in acting as antibacterial suture materials, and M1 group is proved to have a higher prospect for clinical applications.