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Gli ingegneri del MIT progettano dalla la toppa medica ispirata da origami per il sigillamento come minimo dilagante del tessuto

Molti ambulatori oggi sono eseguiti via le procedure come minimo dilaganti, in cui una piccola incisione è fatta e le minifotocamere e gli strumenti chirurgici sono infilati attraverso l'organismo per eliminare i tumori e riparare i tessuti e gli organi nocivi. I risultati di trattamento in meno dolore e più brevi tempi di recupero confrontati ad ambulatorio aperto.

Mentre molte procedure possono essere eseguite in questo modo, i chirurghi possono affrontare le sfide ad un punto importante nel trattamento: il sigillamento delle ferite e degli strappi interni.

Catturando l'inspirazione dagli origami, gli ingegneri del MIT ora hanno progettato una toppa medica che può essere profilatura intorno agli strumenti chirurgici come minimo dilaganti ed essere consegnata attraverso le gallerie di ventilazione, gli intestini ed altri spazi dello stretto, per rattoppare le lesioni interne. La toppa somiglia ad una pellicola pieghevole e documenta documento una volta asciutta. Una volta che stabilisce il contatto con i tessuti o gli organi bagnati, trasforma in un gel elastico, simile ad una lente a contatto e può attaccare ad un sito danneggiato.

Contrariamente ai collanti chirurgici esistenti, il nuovo nastro del gruppo è destinato per resistere alla contaminazione una volta esposto ai batteri ed ai liquidi corporei. Col passare del tempo, la toppa può biodegradare sicuro via. Il gruppo ha pubblicato i sui risultati nei materiali avanzati del giornale.

I ricercatori stanno lavorando con i clinici ed i chirurghi per ottimizzare la progettazione per uso chirurgico e prevedono che il nuovo bioadhesive potrebbe essere consegnato tramite strumenti chirurgici come minimo dilaganti, di gestione direttamente o a distanza da un chirurgo tramite robot medico.

Come minimo l'intervento di alta chirurgia e l'ambulatorio robot sempre più stanno adottandi, poichè fanno diminuire il trauma ed accelerano il ripristino relativo ad ambulatorio aperto. Tuttavia, il sigillamento delle ferite interne è provocatorio in questi ambulatori.„

Xuanhe Zhao, il professor di ingegneria meccanica e di assistenza tecnica civile ed ambientale, MIT

“Questa tecnologia della toppa misura molti campi,„ aggiunge il co-author Christoph Nabzdyk, un anestesista cardiaco ed il medico critico di cura alla clinica di Mayo a Rochester, Minnesota. “Questo potrebbe essere usato per riparare una perforazione da un coloscopy, o sigilli gli organi o i vasi sanguigni solidi dopo un trauma o un intervento chirurgico elettivo. Invece di dovere effettuare un approccio chirurgico completamente aperto, uno potrebbe andare dall'interno consegnare una toppa per sigillare una ferita almeno temporaneamente e forse anche a lungo termine.„

I co-author dello studio includono gli autori principali Sara Wu e Hyunwoo Yuk e Jingjing Wu al MIT.

Protezione stratificata

I bioadhesives corrente utilizzati come minimo negli interventi di alta chirurgia sono disponibili principalmente come liquidi biodegradabili ed incolla che possono diffondersi hanno danneggiato i tessuti. Quando questi incollano solidifichi, tuttavia, possono irrigidirsi sopra la superficie di fondo più molle, creante una guarnizione imperfetta. Il sangue ed altri liquidi biologici possono anche contaminare incolla, impedendo la riuscita aderenza al sito danneggiato. Glues può anche lavare via prima che una lesione completamente abbia guarito e, dopo l'applicazione, possono anche causare l'infiammazione e sfregiare la formazione del tessuto.

Dato le limitazioni delle progettazioni correnti, il gruppo ha mirato a costruire un'alternativa che avrebbe soddisfatto tre richieste funzionali. Dovrebbe potere da attaccare alla superficie bagnata di un sito danneggiato, evita legare a qualche cosa prima del raggiungimento della sua destinazione ed una volta che applicato ad un sito danneggiato resiste alla contaminazione batterica ed all'eccessiva infiammazione.

La progettazione del gruppo soddisfa tutte e tre le richieste, sotto forma di toppa a tre strati. Il livello medio è il bioadhesive principale, fatto da un materiale dell'idrogel che è incluso con i composti chiamati esteri di NHS. Quando in contatto con una superficie bagnata, il collante assorbe tutta l'acqua circostante e diventa flessibile ed elastico, modellando ai contorni di un tessuto. Simultaneamente, gli esteri nelle forti obbligazioni covalenti del modulo adesivo con i composti sulla superficie del tessuto, creante una guarnizione stretta fra i due materiali. La progettazione di questo livello medio è basata su lavoro precedente nel gruppo di Zhao.

Il gruppo poi ha interposto il collante con due livelli, ciascuno con un effetto protettivo differente. Il livello inferiore è fatto da un materiale ricoperto di olio siliconico, che atti temporaneamente per lubrificare il collante, impedente lo attaccare ad altre superfici come attraversa through l'organismo. Quando il collante raggiunge la sua destinazione ed è stampato leggermente contro un tessuto danneggiato, l'olio siliconico è schiacciato fuori, permettendo che il collante leghi al tessuto.

Il livello superiore del collante consiste di una pellicola dell'elastomero incassata con i polimeri zwitterionic, o delle catene molecolari fatte sia dagli ioni positivi che negativi che agiscono per attirare tutte le molecole di acqua circostanti verso la superficie dell'elastomero. In questo modo, il livello rivolto verso l'esterno del collante forma un'interfaccia a base d'acqua, o la barriera contro i batteri ed altri agenti inquinanti.

“In come minimo intervento di alta chirurgia, non avete il lusso facilmente di accesso del sito per applicare un collante,„ Yuk dice. “Realmente state combattendo molti agenti inquinanti e liquidi organici casuali sul vostro modo alla vostra destinazione.„

Misura per i robot

In una serie delle dimostrazioni, i ricercatori hanno indicato che il nuovo bioadhesive aderisce forte ai campioni di tessuto animale, anche dopo che essendo sommergendo in becher di liquido, compreso sangue, per i lungi periodi di tempo.

Egualmente hanno usato dalle le tecniche ispirate da origami per profilatura il collante intorno agli strumenti comunemente usati in come minimo interventi di alta chirurgia, quali un catetere a palloncino e una cucitrice meccanica chirurgica. Hanno infilato questi strumenti attraverso i modelli animali delle gallerie di ventilazione e delle imbarcazioni importanti, compreso la trachea, l'esofago, l'aorta e gli intestini. Gonfiando il catetere a palloncino o applicandosi la pressione leggera alla cucitrice meccanica, potevano attaccare la toppa sui tessuti e sugli organi violenti e non trovare segni di contaminazione sopra o avvicinarsi al sito rattoppato fino a un mese dopo la sua applicazione.

I ricercatori prevedono che il nuovo bioadhesive potrebbe essere fabbricato nelle configurazioni prefolded che i chirurghi possono misura facilmente intorno agli strumenti come minimo dilaganti come pure sugli strumenti che corrente stanno utilizzandi nell'ambulatorio robot. Stanno cercando di collaborare con i progettisti per integrare il bioadhesive nelle piattaforme robot della chirurgia.

“Crediamo che la novità concettuale nel modulo e nella funzione di questa toppa rappresenti un punto emozionante verso superare le barriere di traduzione in ambulatorio robot e la facilitazione dell'approvazione clinica più ampia dei materiali bioadhesive,„ Wu diciamo.

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.