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Les techniciens de MIT conçoivent la correction médicale inspirée par les origamis pour la chasse aux phoques d'une façon minimum invasive de tissu

Beaucoup de cabinets de consultation aujourd'hui sont exécutés par l'intermédiaire d'une façon minimum des chirurgies invasives, dans lesquelles une petite incision est effectuée et des appareils-photo miniatures et les outils chirurgicaux sont filetés par le fuselage pour retirer des tumeurs et pour réparer les tissus et les organes endommagés. Le procédé a comme conséquence moins de douleur et de temps de rétablissement plus courts comparés pour ouvrir la chirurgie.

Tandis que beaucoup de procédures peuvent être exécutées de cette façon, les chirurgiens peuvent relever des défis à une étape importante dans le procédé : la chasse aux phoques des blessures internes et des déchirures.

Prenant l'inspiration de l'origami, les techniciens de MIT ont maintenant conçu une correction médicale qui peut être pliée autour des outils chirurgicaux d'une façon minimum invasifs et être livrée par des voies aériennes, des intestins, et autre les espaces d'étroit, pour corriger des lésions internes. La correction ressemble à un film pliable et comme un papier si sèche. Une fois qu'elle établit le contact avec les tissus mouillés ou les organes, elle transforme en gel extensible, assimilé à une lentille de contact, et peut coller à un site blessé.

Contrairement aux adhésifs chirurgicaux existants, la bande neuve de l'équipe est conçue pour résister à la contamination une fois exposée aux bactéries et aux fluides corporels. Au fil du temps, la correction peut en toute sécurité biodégrader loin. L'équipe a publié ses résultats dans les matériaux avancés de tourillon.

Les chercheurs travaillent avec des cliniciens et des chirurgiens pour optimiser le modèle pour l'usage chirurgical, et ils envisagent que le bioadhesive neuf pourrait être livré par l'intermédiaire des outils chirurgicaux d'une façon minimum invasifs, actionnés par un chirurgien directement ou à distance par l'intermédiaire d'un robot médical.

La chirurgie mini-invasive et la chirurgie robotisée sont de plus en plus adoptées, car elles diminuent le traumatisme et accélèrent la guérison liée à la chirurgie ouverte. Cependant, la chasse aux phoques des blessures internes est provocante en ces cabinets de consultation. »

Xuanhe Zhao, professeur de l'industrie mécanique et du bureau d'études civil et environnemental, MIT

« Cette technologie de correction enjambe beaucoup d'inducteurs, » ajoute le co-auteur Christoph Nabzdyk, un anesthésiste cardiaque et le médecin critique de soins chez la Mayo Clinic à Rochester, Minnesota. « Ceci pourrait être employé pour réparer une perforation d'un coloscopy, ou scellez les organes ou les vaisseaux sanguins solides après un traumatisme ou une intervention chirurgicale élective. Au lieu de devoir effectuer une approche chirurgicale grand ouverte, une pourrait aller de l'intérieur livrer une correction pour sceller une blessure au moins temporairement et peut-être même à long terme. »

Les co-auteurs de l'étude incluent les auteurs importants Sarah Wu et Hyunwoo Yuk, et le Jingjing Wu au MIT.

Protection posée

Les bioadhesives actuel utilisés en chirurgies mini-invasives sont procurables en grande partie en tant que liquides biodégradables et collent qui peuvent être répartis ont endommagé des tissus. Quand ceux-ci colle solidifiez, cependant, elles peuvent raidir au-dessus de la surface fondamentale plus molle, produisant un visa imparfait. Le sang et d'autres fluides biologiques peuvent également contaminer colle, évitant l'adhérence couronnée de succès au site blessé. Glues peut également enlever avant que des blessures aient entièrement guéri, et, après application, ils peuvent également entraîner l'inflammation et marquer la formation de tissu.

Vu les limitations des modèles actuels, l'équipe ont visé à concevoir une alternative qui répondrait à trois besoins fonctionnels. Il devrait pouvoir coller à la surface mouillée d'un site blessé, évite de gripper à n'importe quoi avant d'atteindre sa destination, et une fois qu'appliqué à un site blessé résiste à la contamination bactérienne et à l'inflammation excessive.

Le modèle de l'équipe répond à chacun des trois besoins, sous forme de correction trois-posée. La couche moyenne est la bioadhesive principal, effectué à partir d'un matériau d'hydrogel qui est inclus avec des esters appelés des composés NHS. Quand en contact avec une surface mouillée, l'adhésif absorbe n'importe quelle eau environnante et devient flexible et extensible, moulant aux formes d'un tissu. Simultanément, les esters dans les liaisons covalentes intenses de forme adhésive avec des composés sur la surface de tissu, produisant un visa serré entre les deux matériaux. Le modèle de cette couche moyenne est basé sur des anciens travaux en groupe de Zhao.

L'équipe a alors serré l'adhésif avec deux couches, chacun avec une action protectrice différente. La couche inférieure est effectuée à partir d'un matériau enduit de l'huile de silicone, qui des actes pour lubrifier temporairement l'adhésif, l'empêchant de coller à d'autres surfaces comme il se déplace par le fuselage. Quand l'adhésif atteint sa destination et est appuyé légèrement contre un tissu blessé, l'huile de silicone est serrée à l'extérieur, permettant à l'adhésif de gripper au tissu.

La couche supérieure de l'adhésif se compose d'un film d'élastomère encastré avec des polymères zwitterionic, ou des réseaux moléculaires effectués à partir des ions positifs et négatifs qui agissent d'attirer toutes les molécules d'eau environnantes à la surface de l'élastomère. De cette façon, la couche de l'extérieur-garniture de l'adhésif forme une peau à base d'eau, ou le barrage contre des bactéries et d'autres contaminants.

« En chirurgie mini-invasive, vous n'avez pas le luxe d'atteindre facilement un site pour appliquer un adhésif, » Yuk dit. « Vous réellement luttez beaucoup de contaminants et liquide organiques faits au hasard sur votre chemin à votre destination. »

Ajustement pour des robots

Dans une série de démonstrations, les chercheurs ont prouvé que le bioadhesive neuf adhère fortement aux échantillons de tissu animal, même après qu'étant submergé dans des bechers de liquide, y compris le sang, pendant des longues périodes de temps.

Ils avaient l'habitude également des techniques inspirées par les origamis pour plier l'adhésif autour des instruments utilisés généralement en chirurgies mini-invasives, telles qu'un cathéter à ballonnet et une agrafeuse chirurgicale. Ils ont fileté ces outils par des modèles animaux des voies aériennes et des récipients importants, y compris la trachée, l'oesophage, l'aorte, et les intestins. En gonflant le cathéter à ballonnet ou en appliquant la pression légère à l'agrafeuse, ils pouvaient coller la correction sur les tissus et les organes déchirés, et ne fonder aucun signe de contamination en circuit ou s'approcher du site patché- jusqu'à un mois après son application.

Les chercheurs envisagent que le bioadhesive neuf pourrait être fabriqué en configurations prefolded que les chirurgiens peuvent facilement adapter autour des instruments d'une façon minimum invasifs ainsi que sur les outils qui actuel sont utilisés en chirurgie robotisée. Ils recherchent à collaborer avec des créateurs pour intégrer le bioadhesive dans les plates-formes robotisées de chirurgie.

« Nous croyons que la nouveauté conceptuelle dans la forme et le fonctionnement de cette correction représente une opération passionnante vers surmonter les barrages de translation en chirurgie robotisée et faciliter l'adoption clinique plus large des matériaux bioadhesive, » Wu dit.

Source:
Journal reference:

Wu, S.J., et al. (2021) A Multifunctional Origami Patch for Minimally Invasive Tissue Sealing. Advanced Materials. doi.org/10.1002/adma.202007667.