Application of a collagen and cyanoacrylate mesh as an anastomotic reinforcement in colorectal surgery

Abstract

Antecedents: La fuga anastomòtica (FA) és una de les complicacions més greus de la cirurgia colorectal, responsable d’un augment significatiu de la morbiditat i la mortalitat. Malgrat els avenços tecnològics i quirúrgics, la seva incidència continua sent rellevant, especialment en les anastomosis colorrectals, fet que justifica la recerca de noves estratègies de prevenció.

Objectiu: L’objectiu principal d’aquest estudi fou desenvolupar un dispositiu mèdic basat en la combinació d’una matriu de col·lagen i cianoacrilat, avaluant-ne la viabilitat i seguretat com a reforç per prevenir la FA. Com a objectius secundaris, es pretenia definir la FA segons el moment de presentació, revisar les tècniques de reforç extern existents i valorar el potencial benefici clínic del nou dispositiu.

Mètodes: Es va realitzar una revisió narrativa sistemàtica d’articles sobre cirurgia colorectal, FA, factors de risc i cronologia d’aparició, consultant MEDLINE (PubMed), Cochrane i Embase, d’acord amb les directrius PRISMA. Els estudis seleccionats foren revisats críticament per qualitat metodològica i la revisió es registrà a PROSPERO (CRD42022303012). Paral·lelament, es dugué a terme una revisió sistemàtica específica de les tècniques de reforç extern per valorar la seva eficàcia en la reducció de la FA. Es proposà una classificació dels materials en sòlids i líquids i se’n valorà l’impacte clínic. El protocol fou registrat a PROSPERO (CRD42022312025). A partir d’aquestes dades, es dissenyà i provà un dispositiu experimental format per col·lagen i n-butil-cianoacrilat, destinat a reforçar l’anastomosi en un model porcí amb anastomosis colorectal deficitària i a prevenir complicacions associades.

Resultats: La FA precoç (FAP) es diagnosticà habitualment entre el 3,5 i el 10è dia postoperatori (DPO), mentre que la FA tardana (FAT) aparegué entre el 7,5 i el 210 DPO segons els estudis revisats. La FAP, vinculada principalment a problemes tècnics en la confecció de l’anastomosi, sol requerir reintervenció quirúrgica, mentre que la FAT s’associa a factors de risc de mala cicatrització. Pel que fa a les estratègies de reforç, els sellants de fibrina (SF) reduïren la incidència de FA entre l’1,5 % i el 33,7 %, encara que un estudi informà d’un augment de l’11,4 % en el grup tractat. L’omentoplàstia (OP) mostrà reduccions entre el 3,9 % i el 15,5 % en assaigs amb pacients. El dispositiu de col·lagen-cianoacrilat desenvolupat fou fàcilment aplicable, aconseguí contenir el defecte anastomòtic i tots els animals mostraren una supervivència del 100 %, sense signes clínics de FA. Malgrat que no hi ha consens universal sobre el punt de tall temporal entre FAP i FAT, es reconeix que representen entitats clíniques diferents, amb implicacions terapèutiques pròpies.

Conclusions: Els materials de reforç extern han demostrat una reducció moderada de la FA, encara que amb resultats variables segons la tècnica i el context clínic. El dispositiu dissenyat combina les propietats mecàniques del col·lagen amb l’efecte segellant del cianoacrilat, proporcionant una solució pràctica per segellar i contenir possibles esquinçaments de l’anastomosi. Les proves en model porcí amb anastomosis d’alt risc demostraren viabilitat i seguretat, la qual cosa el converteix en una opció prometedora per reduir la morbiditat associada a la FA. Són necessaris estudis clínics addicionals per confirmar-ne l’eficàcia i establir protocols d’ús òptims en la pràctica quirúrgica.

Antecedentes: La fuga anastomótica (FA) es una de las complicaciones más graves y temidas en cirugía colorrectal, responsable de un aumento significativo en la morbilidad y mortalidad postoperatoria. A pesar de los avances en técnicas quirúrgicas, instrumentación y cuidados perioperatorios, su incidencia sigue siendo elevada, sobre todo en las anastomosis colorrectales, lo que motiva la búsqueda de estrategias para su prevención.

Objetivo: El propósito principal de este estudio fue desarrollar un dispositivo médico innovador, basado en una combinación de matriz de colágeno y cianoacrilato, y evaluar su viabilidad y seguridad como refuerzo para la prevención de la FA en cirugía colorrectal. De forma complementaria, se planteó definir la FA según el momento de presentación, revisar las técnicas existentes de refuerzo externo y valorar los beneficios clínicos potenciales de esta nueva propuesta terapéutica.

Métodos: Se realizó una revisión narrativa sistemática de la literatura disponible sobre cirugía colorrectal, FA, factores de riesgo y cronología de aparición, empleando las bases de datos MEDLINE (PubMed), Cochrane y Embase, siguiendo las directrices PRISMA. Los estudios incluidos fueron evaluados críticamente en cuanto a su calidad metodológica. La revisión fue registrada en PROSPERO (código CRD42022303012). Asimismo, se llevó a cabo una revisión sistemática específica sobre las técnicas de refuerzo externo de anastomosis, con el objetivo de clasificar los materiales en sólidos y líquidos y analizar su eficacia clínica en la reducción de la FA. El protocolo fue registrado en PROSPERO (código CRD42022312025). Con base en estos hallazgos, se diseñó y probó un nuevo dispositivo compuesto por colágeno y n-butil-cianoacrilato en un modelo porcino de anastomosis colorrectal deliberadamente deficiente, evaluando su capacidad de reforzar la línea de sutura y prevenir complicaciones.

Resultados: El análisis de la literatura reveló que la FA precoz (FAP) suele diagnosticarse entre el 3,5 y el 10º día postoperatorio (DPO), mientras que la FA tardía (FAT) se detecta entre el 7,5 y el 210 DPO. La FAP, generalmente asociada a problemas técnicos en la confección de la anastomosis, tiende a requerir reintervención quirúrgica. La FAT, en cambio, se vincula a defectos de cicatrización y factores del huésped. Respecto a las estrategias de refuerzo externo, los sellantes de fibrina (SF) mostraron una reducción de la FA que osciló entre el 1,5 % y el 33,7 % en diferentes estudios, aunque se reportó un incremento del 11,4 % en un ensayo específico. La omentoplastia (OP) evidenció reducciones entre el 3,9 % y el 15,5 % en ensayos clínicos. El nuevo dispositivo colágeno-cianoacrilato fue fácil de aplicar intraoperatoriamente, selló de forma eficaz el defecto anastomótico y proporcionó una tasa de supervivencia del 100 % en el modelo experimental, sin signos clínicos de FA.

Conclusiones: Los materiales de refuerzo externo han demostrado cierta eficacia en la reducción de FA, aunque con resultados heterogéneos. La diferenciación entre FA precoz y tardía es esencial, dado que representan entidades clínicas distintas y requieren abordajes específicos. El dispositivo desarrollado ha demostrado viabilidad y seguridad en un modelo porcino con anastomosis de alto riesgo, actuando como un sellante eficaz que podría mitigar las consecuencias de la FA. Estos resultados preliminares lo convierten en una alternativa prometedora para disminuir la morbilidad asociada, si bien se requieren estudios clínicos en humanos para confirmar su utilidad y optimizar su aplicación.

Background: Anastomotic leak (AL) remains one of the most feared and challenging complications in colorectal surgery, accounting for a significant rise in postoperative morbidity and mortality. Despite technological progress and refinements in surgical techniques, AL rates remain clinically relevant, particularly in colorectal anastomoses, prompting the search for improved preventive strategies.

Objective: The primary objective of this study was to develop a novel medical device combining a collagen mesh and cyanoacrylate, and to evaluate its feasibility and safety as an anastomotic reinforcement to prevent AL in colorectal surgery. Secondary objectives included defining AL based on time of presentation, systematically reviewing current external reinforcement methods aimed at reducing AL incidence, and assessing the potential clinical benefits of the newly designed device.

Methods: A systematic narrative review of the literature on colorectal surgery, AL, risk factors, and timing was performed using MEDLINE (PubMed), Cochrane, and Embase databases, following PRISMA guidelines (1). Articles meeting inclusion criteria were critically assessed for methodological quality. This review was registered in the PROSPERO database under ID: CRD42022303012. A second systematic review focusing on external reinforcement techniques was conducted to evaluate their efficacy in reducing AL. Materials were subsequently classified into solid and liquid categories, and their clinical relevance was analyzed. This review was also registered in PROSPERO (ID: CRD42022312025) and reported according to PRISMA guidelines. Based on these findings, a novel collagen and n-butyl-cyanoacrylate device was developed and tested in a porcine experimental model with intentionally deficient colorectal anastomoses, assessing its capacity to reinforce the anastomotic line and prevent leakage-related complications.

Results: Across the reviewed studies, the mean day of early AL (EAL) diagnosis ranged from postoperative day (POD) 3.5 to 10, whereas late AL (LAL) was identified between POD 7.5 and 210. EAL was predominantly associated with technical errors during the index surgery and frequently required reintervention. LAL was more commonly linked to impaired healing or patient-related risk factors. Concerning external reinforcement techniques, fibrin sealants (FS) demonstrated a reduction in AL rates ranging between 1.5–33.7%, though one study reported an 11.4% increase in the fibrin group. Omentoplasty (OP) showed a 3.9–15.5% reduction in AL rates across human clinical trials. The collagen-cyanoacrylate device developed in this study was straightforward to apply intraoperatively, successfully sealed the anastomotic defect, and achieved 100% survival in the porcine model without clinical evidence of AL. Although no universally accepted time-based cut-off exists to differentiate early from late AL, these conditions are considered distinct entities with different pathophysiological mechanisms: early leaks are mostly related to intraoperative technical factors, whereas late leaks are associated with impaired or delayed healing processes.

Conclusions: External reinforcement materials have shown modest but variable benefits in reducing AL rates. Our newly designed collagen-cyanoacrylate device demonstrated both feasibility and safety in a high-risk porcine model, effectively sealing anastomotic defects and potentially mitigating the clinical impact of AL. These promising preclinical results support the need for further studies to optimize its use and confirm its effectiveness in human colorectal surgery, with the ultimate goal of lowering AL-related morbidity and improving postoperative outcomes.