On the Rule of Mixtures for Predicting Stress-Softening and Residual Strain Effects in Biological Tissues and Biocompatible Materials

In this work, we use the rule of mixtures to develop an equivalent material model in which the total strain energy density is split into the isotropic part related to the matrix component and the anisotropic energy contribution related to the fiber effects. For the isotropic energy part, we select the amended non-Gaussian strain energy density model, while the energy fiber effects are added by considering the equivalent anisotropic volumetric fraction contribution, as well as the isotropized representation form of the eight-chain energy model that accounts for the material anisotropic effects. Furthermore, our proposed material model uses a phenomenological non-monotonous softening function that predicts stress softening effects and has an energy term, derived from the pseudo-elasticity theory, that accounts for residual strain deformations. The model’s theoretical predictions are compared with experimental data collected from human vaginal tissues, mice skin, poly(glycolide-co-caprolactone) (PGC25 3-0) and polypropylene suture materials and tracheal and brain human tissues. In all cases examined here, our equivalent material model closely follows stress-softening and residual strain effects exhibited by experimental data

Estudio clínico del tratamiento de las exóstosis digitales mediante la implantación de un gel biocompatible

Antecedentes: La exóstosis digital es una patología común que se presenta con frecuencia en las consultas de podología. A pesar del alto grado de incidencia es una entidad clínica muy poco estudiada. En la actualidad, los tratamientos propuestos para resolver esta patología son el tratamiento conservador mediante ortesis de silicona y el tratamiento quirúrgico consistente en la resección de la exostosis. Consideramos necesario otra alternativa de tratamiento como la infiltración de un gel de Poliacrilamida (PAAG) que presente mayores beneficios y menos inconvenientes a los pacientes que los tratamientos propuestos hasta el momento. Material y Métodos: Estudio realizado durante los meses de octubre de 2006 y febrero de 2009, sobre 54 pacientes (2 varones y 52 mujeres) de edades comprendidas entre 43 y 85 años afectados de exostosis digital. Se procede a la infiltración de un gel biocompatible en la zona de la exostosis para aislar la misma y evitar presiones según técnica de infiltración descrita. Todos los pacientes firman el documento de consentimiento informado. Los datos fueron recogidos de forma objetiva y subjetivamente en cada uno de los pacientes. La posterior evaluación de los datos y su tratamiento estadístico se llevó a cabo de forma disociada y anónima. El análisis estadístico se realizó con el paquete estadístico SPSS-PC 17.0. Resultados: El heloma interdigital en 4º espacio y 5º dedo se presentó en el 35,2% de los casos; el heloma en dorso del 5º dedo en el 29,6%; el heloma en dorso de dedo central en el 11,1% de los casos; heloma interdigital en 4º espacio y 4º dedo en el 9,3%; y el resto de lesiones primarias en un 14,9% del total de los casos. De cada uno de los casos se observó: tratamientos previos, cantidad de fármaco infiltrada, reacción al fármaco, controles y satisfacción del paciente al tratamiento. A un 57,4% de los pacientes no se les había realizado ningún tratamiento previo, mientras que a un 33,3% se le había realizado una ortesis de silicona. Analizando la cantidad de PAAG infiltrado en cada caso nos resultó una media de 0,542 cc con una desviación típica de 0,2237 cc. La cantidad mínima fue de 0,20 cc, hasta un máximo de 1,50 cc. La reacción observada al fármaco a las 24 y 48 horas de la infiltración fue prácticamente la misma que la del periodo inicial, observándose el habón en ambos tiempos de valoración. Se practicaron cuatro controles posinfiltración a la semana, al mes, a los tres meses y a los seis meses, en los que a seis meses pudimos concluir que en la mayoría de los casos ? 45 de 54 - persistió el habón de PAAG del inicio. La satisfacción se valora a la semana, al mes, a los tres meses y a los seis meses siendo a los 6 meses el grado de satisfacción de los pacientes del 98%. Conclusiones: El tratamiento del heloma provocado por exostosis digital mediante infiltración de gel de poliacrilamida según la técnica protocolizada en este estudio clínico es factible, reproductible y eficaz. Alcanzando el producto un alto nivel de tolerancia y adaptación a las estructuras anatómicas y disminuyendo los efectos secundarios, lo que nos hace afirmar que es una técnica segura con la que hemos obtenido óptimos resultados en lo que se refiere a efectividad del tratamiento y disminución del dolor. Podemos concluir que la infiltración de gel de poliacrilamida se convierte una nueva opción de tratamiento en el caso de exostosis digitales.

Estudio clínico del tratamiento de las exóstosis digitales mediante la implantación de un gel biocompatible

Antecedentes: La exóstosis digital es una patología común que se presenta con frecuencia en las consultas de podología. A pesar del alto grado de incidencia es una entidad clínica muy poco estudiada. En la actualidad, los tratamientos propuestos para resolver esta patología son el tratamiento conservador mediante ortesis de silicona y el tratamiento quirúrgico consistente en la resección de la exostosis. Consideramos necesario otra alternativa de tratamiento como la infiltración de un gel de Poliacrilamida (PAAG) que presente mayores beneficios y menos inconvenientes a los pacientes que los tratamientos propuestos hasta el momento. Material y Métodos: Estudio realizado durante los meses de octubre de 2006 y febrero de 2009, sobre 54 pacientes (2 varones y 52 mujeres) de edades comprendidas entre 43 y 85 años afectados de exostosis digital. Se procede a la infiltración de un gel biocompatible en la zona de la exostosis para aislar la misma y evitar presiones según técnica de infiltración descrita. Todos los pacientes firman el documento de consentimiento informado. Los datos fueron recogidos de forma objetiva y subjetivamente en cada uno de los pacientes. La posterior evaluación de los datos y su tratamiento estadístico se llevó a cabo de forma disociada y anónima. El análisis estadístico se realizó con el paquete estadístico SPSS-PC 17.0. Resultados: El heloma interdigital en 4º espacio y 5º dedo se presentó en el 35,2% de los casos; el heloma en dorso del 5º dedo en el 29,6%; el heloma en dorso de dedo central en el 11,1% de los casos; heloma interdigital en 4º espacio y 4º dedo en el 9,3%; y el resto de lesiones primarias en un 14,9% del total de los casos. De cada uno de los casos se observó: tratamientos previos, cantidad de fármaco infiltrada, reacción al fármaco, controles y satisfacción del paciente al tratamiento. A un 57,4% de los pacientes no se les había realizado ningún tratamiento previo, mientras que a un 33,3% se le había realizado una ortesis de silicona. Analizando la cantidad de PAAG infiltrado en cada caso nos resultó una media de 0,542 cc con una desviación típica de 0,2237 cc. La cantidad mínima fue de 0,20 cc, hasta un máximo de 1,50 cc. La reacción observada al fármaco a las 24 y 48 horas de la infiltración fue prácticamente la misma que la del periodo inicial, observándose el habón en ambos tiempos de valoración. Se practicaron cuatro controles posinfiltración a la semana, al mes, a los tres meses y a los seis meses, en los que a seis meses pudimos concluir que en la mayoría de los casos ? 45 de 54 - persistió el habón de PAAG del inicio. La satisfacción se valora a la semana, al mes, a los tres meses y a los seis meses siendo a los 6 meses el grado de satisfacción de los pacientes del 98%. Conclusiones: El tratamiento del heloma provocado por exostosis digital mediante infiltración de gel de poliacrilamida según la técnica protocolizada en este estudio clínico es factible, reproductible y eficaz. Alcanzando el producto un alto nivel de tolerancia y adaptación a las estructuras anatómicas y disminuyendo los efectos secundarios, lo que nos hace afirmar que es una técnica segura con la que hemos obtenido óptimos resultados en lo que se refiere a efectividad del tratamiento y disminución del dolor. Podemos concluir que la infiltración de gel de poliacrilamida se convierte una nueva opción de tratamiento en el caso de exostosis digitales.

Membrane-destabilizing activity of pH-responsive cationic lysine-based surfactants: role of charge position and alkyl chain length

Many strategies for treating diseases require the delivery of drugs into the cell cytoplasm following internalization within endosomal vesicles. Thus, compounds triggered by low pH to disrupt membranes and release endosomal contents into the cytosol are of particular interest. Here, we report novel cationic lysine-based surfactants (hydrochloride salts of N¿- and N¿-acyl lysine methyl ester) that differ in the position of the positive charge and the length of the alkyl chain. Amino acid-based surfactants could be promising novel biomaterials in drug delivery systems, given their biocompatible properties and low cytotoxic potential. We examined their ability to disrupt the cell membrane in a range of pH values, concentrations and incubation times, using a standard hemolysis assay as a model of endosomal membranes. Furthermore, we addressed the mechanism of surfactant-mediated membrane destabilization, including the effects of each surfactant on erythrocyte morphology as a function of pH. We found that only surfactants with the positive charge on the ¿-amino group of lysine showed pH-sensitive hemolytic activity and improved kinetics within the endosomal pH range, indicating that the positive charge position is critical for pH-responsive behavior. Moreover, our results showed that an increase in the alkyl chain length from 14 to 16 carbon atoms was associated with a lower ability to disrupt cell membranes. Knowledge on modulating surfactant-lipid bilayer interactions may help us to develop more efficient biocompatible amino acid-based drug delivery devices.

Phospholipid bilayer perturbing-properties underlying lysis induced by pH-sensitive cationic lysine-based surfactants in biomembranes

Many strategies for treating diseases require the delivery of drugs into the cell cytoplasm following internalization within endosomal vesicles. Thus, compounds triggered by low pH to disrupt membranes and release endosomal contents into the cytosol are of particular interest. Here, we report novel cationic lysine-based surfactants (hydrochloride salts of Nε- and Nα-acyl lysine methyl ester) that differ in the position of the positive charge and the length of the alkyl chain. Amino acid-based surfactants could be promising novel biomaterials in drug delivery systems, given their biocompatible properties and low cytotoxic potential. We examined their ability to disrupt the cell membrane in a range of pH values, concentrations and incubation times, using a standard hemolysis assay as a model of endosomal membranes. Furthermore, we addressed the mechanism of surfactant-mediated membrane destabilization, including the effects of each surfactant on erythrocyte morphology as a function of pH. We found that only surfactants with the positive charge on the α-amino group of lysine showed pH-sensitive hemolytic activity and improved kinetics within the endosomal pH range, indicating that the positive charge position is critical for pH-responsive behavior. Moreover, our results showed that an increase in the alkyl chain length from 14 to 16 carbon atoms was associated with a lower ability to disrupt cell membranes. Knowledge on modulating surfactant-lipid bilayer interactions may help us to develop more efficient biocompatible amino acid-based drug delivery devices.