A New Polymer-Coated Xenogeneic Extracellular Matrix to Prevent Postoperative Adhesion Readily Applicable in the Clinic = 수술 후 유착 방지를 위한 새로운 고분자 코팅 이종 세포외기질의 개발 및 평가

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Post-neurosurgical dura reconstruction is crucial for preventing CSF leakage and reducing infection risk. When primary closure is not possible, synthetic and semisynthetic dura substitutes are commonly used, but postoperative adhesions remain a major complication, particularly in reoperations for brain tumors and spinal surgeries. To address this, the use of initiated chemical vapor deposition (iCVD) is investigated to create a polymer-coated dura substitute that minimizes adhesions. iCVD, a dry, solvent-free technique, enables uniform polymer film deposition at low temperatures, ensuring biocompatibility and purity. A widely used dura substitute (Lyoplant) is coated with three biocompatible polymers (pHEMA, EGDMA, V4D4) and assessed cytotoxicity using fibroblasts. Adhesion levels are compared in vitro, and an intracranial adhesion model in mice is used for in vivo evaluation. All polymers exhibit minimal cytotoxicity, with pHEMA showing the least adhesion in vitro and selected for further testing. The uncoated dura causes severe adhesion to the cortex, leading to gross damage, whereas the pHEMA-coated dura prevents adhesion in 90% of cases. Histological analysis reveals inflammatory cell infiltration beneath the uncoated dura. These findings suggest that polymer-coated dura substitutes may reduce reoperation risks and improve patient recovery. Further studies are needed to assess long-term safety for clinical application.

국문 초록 (Abstract)

뇌척수 수술에서 수술 후 경막 재건은 뇌척수액(CSF) 누출을 예방하고 감염 위험을 낮추는데 필수적이다. 일차봉합이 불가능한 경우 합성 또는•이종 세포외기질 경막 대체재가 널리 사용되지만, 이로 인한 수술 후 유착이 수술 후 경과를 나쁘게 하거나 재수술을 어렵게 만들기도 한다. 본 연구는 유착을 최소화하기 위한 방안으로 화학 기상 증착법(initiated chemical vapor deposition(iCVD)) 을 이용하여 폴리머 코팅 경막 대체재를 제작하여 시험관내, 생체내•적용을 평가하였다. iCVD는 저온에서 균일한 폴리머 박막을 건식•무용매로 증착할 수 있어 생체적합성과 고순도를 확보할 수 있는 장점이 있다. 상용 경막 대체재(Lyoplant)에 세 가지 생체적합성 폴리머[poly(2-hydroxyethyl methacrylate, pHEMA), ethylene glycol dimethacrylate, EGDMA, 그리고 perfluorodecyl-4-vinyl ether, V4D4]를 코팅하였고, 섬유아세포를 이용해 세포독성을 평가하였다. 또한 in vitro 유착 수준을 비교하고, 생쥐 개두술 유착 모델을 통해 in vivo 효능을 검증하였다. 세 폴리머 모두 최소한의 세포독성을 보였으며, 그 중 pHEMA가 in vitro에서 가장 낮은 유착을 보여 후속 동물실험 대상 폴리머로 선정되었다. 무코팅 경막은 대뇌 피질과의 심한 유착을 유발하여 육안적 뇌손상을 초래한 반면, pHEMA 코팅 경막은 90%의 사례에서 유착을 효과적으로 방지하여 뇌손상을 최소화 하였다. 조직학적 분석에서는 무코팅 경막 하부에서 염증세포 침윤이 관찰되었다.
이상의 결과는 iCVD 기반 폴리머 코팅 경막 대체재가 유착에 의한 재수술 위험을 낮추고 환자 회복을 개선할 잠재력이 있음을 시사한다. 향후 임상 적용을 위해 장기 안전성 및 내구성에 대한 추가 임상연구가 필요하다.

목차 (Table of Contents)

• Abstract i
• List of Figures and Table v
• Abbreviation vi
• 1. Introduction 1
• 2. Materials and Methods 4
• 2.1. Preparation of coated dura substitutes using the initiated chemical vapor deposition (iCVD) process 4
• 2.2. Surface coating characterization 4
• 2.3. Cell culture 5
• 2.4. Cytotoxicity of iCVD polymers In vitro test of anti-adhesion effect using fibroblast adhesion assay 6
• 2.5. In vitro test of anti-adhesion effect using fibroblast adhesion assay 6
• 2.6. In vivo test of adhesion property using a mouse intracranial adhesion model 7
• 2.7. Statistical analysis 9
• 3. Results 10
• 3.1. Fabrication and characterization of iCVD-coated dura substitutes 10
• 3.2. In vitro assessment of cell adhesion and cytotoxicity 12
• 3.3. In vivo evaluation of anti-adhesion properties 14
• 4. Discussion 17
• 4.1. Mechanisms of postoperative adhesion and potential clinical applications 17
• 4.2. Safety and durability of iCVD polymer films 18
• 4.3. Immunological considerations of pHEMA –based coatings 18
• 4.4. Limitations and future directions 19
• 5. Summary 20
• Bibliography 21
• Acknowledgement 24
• 국 문 초 록 25