Hemostasia Hepática Rápida via Fibras de Cola Médica Eletrofiadas com Campo Elétrico Aumentado

Resumo

A deposição precisa de fibras eletrofiadas permanece um grande desafio para hemostasia de órgãos. Apresentamos um sistema de e-fiação modificado por campo elétrico que incorpora um cone metálico no bico, permitindo colocação controlável de fibras. A área de deposição é ajustável alterando o tamanho do cone, comportamento confirmado por simulações de elementos finitos. Em modelo de ressecção hepática em ratos, depositamos fibras de N-octil-2-cianoacrilato (NOCA) diretamente na ferida, alcançando hemostasia completa dentro de 10 s. Histologia pós-operatória mostrou inflamação e adesão tecidual marcadamente reduzidas comparado com e-fiação assistida por fluxo de ar convencional. Este dispositivo portátil, alimentado por bateria, demonstra que eletrofiação portátil, pronta para campo, pode fornecer hemostasia rápida e precisa para cenários de emergência, clínicos e cuidados domiciliares.

Introdução

Ressecção hepática é tratamento padrão para malignidades hepáticas, mas sangramento massivo é comum devido à rica vascularização do órgão. Técnicas hemostáticas convencionais — sutura, ligadura, eletrocautério e selantes de fibrina ou gelatina — têm limitações como aplicação atrasada, dano tecidual, imunogenicidade, vida de prateleira curta ou alto custo. Eletrofiação oferece abordagem de revestimento superficial de baixa dose capaz de conformar-se à topografia irregular de feridas. No entanto, dispositivos de e-fiação existentes são volumosos, carecem de controle preciso de deposição e dependem de eletricidade da rede, limitando seu uso em ambientes remotos ou de emergência. Nosso design recente de e-fiação assistida por fluxo de ar reduziu área de deposição mas requeria fonte de energia externa para bomba de ar. Buscamos portanto um sistema portátil modificado por campo elétrico que entregue deposição de fibra orientada e precisa sem depender de energia externa além de pequeno pacote de baterias.

Condutores metálicos colocados dentro de campo eletrostático podem induzir cargas superficiais que remodelam a distribuição do campo. Na eletrofiação, a trajetória do jato carregado depende do campo local; assim, um cone metálico estrategicamente posicionado pode focar o jato, reduzindo sua divergência e confinando a área de deposição. Selecionamos NOCA — adesivo cianoacrilato clinicamente aprovado — como material de fiação porque tapetes de fibras poliméricas são mais flexíveis e requerem menos volume que filme de cola espesso convencional.

Neste estudo, desenvolvemos técnica de e-fiação modificada por campo elétrico que permite deposição controlável e precisa de fibras NOCA em sítio de ressecção hepática de rato, alcançando hemostasia rápida. A portabilidade e precisão da técnica a tornam adequada para aplicações de emergência, clínicas, de campo e domiciliares.

Métodos

Materiais

Adesivo NOCA (N-octil-2-cianoacrilato com aditivo PMMA) foi fornecido pela Guangzhou Baiyun Medical Adhesive Co., Ltd. Cloral hidratado (solução 10%) foi usado para anestesia de ratos.

Experimentos Hemostáticos In Vivo

Quarenta ratos SD machos adultos (300–350 g) foram randomizados em dois grupos (n = 20 cada): e-fiação assistida por fluxo de ar e e-fiação modificada por campo elétrico. Após anestesia e laparotomia medial, hepatectomia de 50% do lobo esquerdo foi realizada. No grupo campo elétrico, cone metálico de lado 2,5 cm, ângulo 60° foi montado no fiador, com distância agulha-coletor de 10 cm e tensão de 10 kV. Grupo assistido por fluxo de ar usou saída de 1,2 mm, fluxo 120 µl min⁻¹, 10 kV e 10 cm distância. Procedimento total durou ~20 min por rato. Todos experimentos cumpriram diretrizes institucionais de cuidado animal.

Exame de Sangue e Secionamento Patológico

Sangue foi coletado por punção cardíaca nos dias pós-operatórios 3 e 5 para contagem de leucócitos e testes de função hepática. No dia 7, ratos foram eutanasiados, fígados excisados, fixados em formalina neutra 4%, incluídos em parafina e corados com H&E.

Simulação de Campo Elétrico

Análise de elementos finitos modelou fonte de 12 kV, agulha de cobre, cone de cobre e coletor de alumínio em ar. Comprimento da agulha, diâmetro do cone e distância do coletor foram definidos para 3 cm, 5 cm e 10 cm, respectivamente.

Caracterização

Imagem MEV realizada em Hitachi TM-1000. Espectros FTIR registrados com espectrômetro Nicolet In10. Microscópio óptico (Olympus BX51) avaliou fronteiras de deposição, e câmera Casio Exilim capturou procedimento in vivo.

Resultados e Discussão

E-fiação Modificada por Campo Elétrico para Deposição Precisa

O dispositivo portátil (Fig. 1) usa duas pilhas AAA livres de mercúrio e conversor de alta tensão, eliminando dependência de eletricidade da rede. Um cone metálico ajustável substitui módulo de fluxo de ar anterior, alterando distribuição do campo sem energia extra. Segurança é garantida mantendo corrente baixa apesar da alta tensão.

MEV revelou fibras contínuas de NOCA de 1–3 µm de diâmetro (Fig. 2a). FTIR confirmou polimerização: picos em 714, 2761 e 1732 cm⁻¹ (–CH₂–, –C≡N, –C=O) e desaparecimento da banda 3127 cm⁻¹ (=CH–). Variando diâmetro do cone, área de deposição encolheu proporcionalmente (Fig. 2c), indicando confinamento mais apertado do jato. Aumentando distância agulha-coletor alargou área (Fig. 2d), mas cone ainda produziu dispersão menor que e-fiação convencional. Isso demonstra capacidade do cone de focar campo elétrico e aumentar precisão de deposição.

Análise de Mecanismo de Deposição Precisa

Resultados de elementos finitos (Fig. 3) mostram que cone metálico intensifica intensidade do campo e estreita ângulo de divergência. Linha de campo perto do cone atinge 4 × 10⁵ V/m (vs 3 × 10⁵ V/m sem cone) e ângulo cai de 20° para 6°, confinando jato carregado a trajetória menor. Isso explica área de deposição reduzida observada experimentalmente.

Hemostasia Rápida In Vivo e Análise

No modelo de rato, dispositivo modificado por campo elétrico alcançou hemostasia completa dentro de 10 s (Fig. 4a–c), mais rápido que e-fiação assistida por fluxo de ar. MEV da superfície hepática (Fig. 4d) revelou membrana de fibra uniforme de 50 µm de espessura que conformou à topografia irregular da ferida, destacando adaptabilidade da técnica.

Contagens de leucócitos (Fig. 5a) mostraram inflamação significativamente menor no grupo campo elétrico no dia 5 (p < 0,05), comparável a controles sham. Enzimas hepáticas (ALT, AST, GGT) também foram marcadamente reduzidas (Fig. 5b–d), indicando lesão hepática mínima. Histologia (Fig. 6) revelou fronteira tecidual mais clara, cápsula mais fina e menos células inflamatórias no grupo campo elétrico versus controles assistidos por fluxo de ar, ressaltando resposta inflamatória e adesão tecidual reduzidas.

Conclusões

Demonstramos que sistema de e-fiação modificado por campo elétrico, com cone metálico ajustável, entrega deposição precisa e orientada de fibras NOCA para hemostasia hepática rápida. Área de deposição é controlável por tamanho do cone, e simulações confirmam que campo focado reduz divergência do jato. In vivo, técnica alcança hemostasia em 10 s, com menor inflamação e adesão tecidual comparado a e-fiação assistida por fluxo de ar. Design portátil, alimentado por bateria, torna esta abordagem adequada para configurações de emergência, clínicas, de campo e cuidados domiciliares.

Abreviações

ALT:

Alanina aminotransferase

AST:

Aspartato aminotransferase

CA:

Cianoacrilato

E-fiação:

Eletrofiação

FTIR:

Transformada de Fourier infravermelho

GGT:

Glutamiltransaminase

HE:

Hematoxilina e eosina

NOCA:

N-Octil-2-cianoacrilato

PMMA:

Polimetil metacrilato

SEM:

Microscópio eletrônico de varredura

WBC:

Leucócito