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Os coordenadores do MIT projectam a correcção de programa médica origâmi-inspirada para a selagem mìnima invasora do tecido

Muitas cirurgias são executadas hoje através dos procedimentos mìnima invasores, em que uma incisão pequena é feita e as câmeras diminutas e as ferramentas cirúrgicas são rosqueadas através do corpo para remover os tumores e reparar tecidos e órgãos danificados. Os resultados do processo em menos dor e tempos de recuperação mais curtos comparados à cirurgia aberta.

Quando muitos procedimentos puderem ser executados desta maneira, os cirurgiões podem enfrentar desafios em uma etapa importante no processo: a selagem de feridas e de rasgos internos.

Tomando a inspiração do origâmi, os coordenadores do MIT têm projectado agora uma correcção de programa médica que pudesse ser dobrada em torno das ferramentas cirúrgicas mìnima invasoras e ser entregada através das vias aéreas, dos intestinos, e dos outros espaços do estreito, remendar acima os ferimentos internos. A correcção de programa assemelha-se a um dobrável, papel-como o filme quando seca. Uma vez que faz o contacto com tecidos ou órgãos molhados, transforma em um gel elástico, similar a uma lente de contacto, e pode colar a um local ferido.

Em contraste com adesivos cirúrgicos existentes, a fita nova da equipe é projectada resistir a contaminação quando expor às bactérias e aos líquidos corporais. Ao longo do tempo, a correcção de programa pode com segurança biodegradar afastado. A equipe publicou seus resultados nos materiais avançados do jornal.

Os pesquisadores estão trabalhando com clínicos e cirurgiões para aperfeiçoar o projecto para o uso cirúrgico, e prevêem que o bioadhesive novo poderia ser entregado através das ferramentas cirúrgicas mìnima invasoras, operadas por um cirurgião directamente ou remotamente através de um robô médico.

A cirurgia mìnima invasora e a cirurgia robótico estão sendo adotadas cada vez mais, porque diminui o traumatismo e acelera a recuperação relativa à cirurgia aberta. Contudo, a selagem de feridas internas é desafiante nestas cirurgias.”

Xuanhe Zhao, professor da engenharia mecânica e da engenharia civil e ambiental, MIT

“Esta tecnologia da correcção de programa mede muitos campos,” adiciona o co-autor Christoph Nabzdyk, um anesthesiologist cardíaco e o médico crítico do cuidado na clínica de Mayo em Rochester, Minnesota. “Isto poderia ser usado para reparar uma perfuração de um coloscopy, ou sele órgãos ou vasos sanguíneos contínuos após um traumatismo ou uma intervenção cirúrgica eleitoral. Em vez de ter que realizar uma aproximação cirúrgica completamente aberta, uma poderia ir do interior entregar uma correcção de programa para selar pelo menos temporariamente e talvez uma ferida mesmo a longo prazo.”

Os co-autores do estudo incluem autores principais Sarah Wu e Hyunwoo Yuk, e Jingjing Wu no MIT.

Protecção mergulhada

Os bioadhesives usados actualmente em cirurgias mìnima invasoras estão disponíveis na maior parte como os líquidos biodegradáveis e colam que podem ser espalhados sobre tecidos danificados. Quando estes colam solidificar, contudo, podem endurecer-se sobre a superfície subjacente mais macia, criando um selo imperfeito. O sangue e outros líquidos biológicos podem igualmente contaminar colam, impedindo a adesão bem sucedida ao local ferido. Glues pode igualmente lavar afastado antes que um ferimento cure inteiramente, e, após a aplicação, podem igualmente causar a inflamação e scar a formação do tecido.

Dado as limitações de projectos actuais, a equipe apontou projectar uma alternativa que cumprisse três exigências funcionais. Deve poder colar à superfície molhada de um local ferido, evita ligar a qualquer coisa antes de alcançar seu destino, e uma vez que aplicado a um local ferido resiste a contaminação bacteriana e a inflamação excessiva.

O projecto da equipe cumpre todas as três exigências, sob a forma de uma correcção de programa três-mergulhada. A camada média é a bioadhesive principal, feito de um material do hydrogel que seja encaixado com os compostos chamados ésteres do NHS. Quando em contacto com uma superfície molhada, o adesivo absorver toda a água circunvizinha e torn-se-ar flexível e elástico, moldando aos contornos de um tecido. Simultaneamente, os ésteres nas ligações covalent fortes do formulário adesivo com os compostos na superfície do tecido, criando um selo apertado entre os dois materiais. O projecto desta camada média é baseado em trabalhos anteriores no grupo de Zhao.

A equipe imprensou então o adesivo com duas camadas, cada um com um efeito protector diferente. A camada inferior é feita de um material revestido com o petróleo de silicone, que os actos para lubrificar temporariamente o adesivo, impedindo que cole a outras superfícies como viaja através do corpo. Quando o adesivo alcança seu destino e é pressionado levemente contra um tecido ferido, o petróleo de silicone está espremido para fora, permitindo que o adesivo ligue ao tecido.

A camada superior do adesivo consiste em um filme do elastómetro encaixado com polímeros zwitterionic, ou nas correntes moleculars feitas dos íons positivos e negativos que actuam para atrair todas as moléculas de água circunvizinhas à superfície do elastómetro. Desta maneira, a camada do externo-revestimento do adesivo forma uma pele água-baseada, ou a barreira contra as bactérias e os outros contaminadores.

“Na cirurgia mìnima invasora, você não tem o luxo facilmente de alcançar um local para aplicar um adesivo,” Yuk diz. “Você realmente está lutando muitos contaminadores e líquidos de corpo aleatórios em sua maneira a seu destino.”

Ajuste para robôs

Em uma série de demonstrações, os pesquisadores mostraram que o bioadhesive novo adere fortemente às amostras de tecido animal, mesmo depois que sendo submergido em umas taças de fluido, incluindo o sangue, por longos período do tempo.

Igualmente usaram técnicas origâmi-inspiradas para dobrar o adesivo em torno dos instrumentos de uso geral em cirurgias mìnima invasoras, tais como um cateter do balão e um grampeador cirúrgico. Rosquearam estas ferramentas através dos modelos animais de vias aéreas e de embarcações principais, incluindo a traqueia, o esófago, a aorta, e os intestinos. Inflando o cateter do balão ou aplicando a pressão clara ao grampeador, podiam colar a correcção de programa em tecidos e em órgãos rasgados, e não encontrar sobre nenhum sinal da contaminação ou aproximar o local remendado-acima até um mês após sua aplicação.

Os pesquisadores prevêem que o bioadhesive novo poderia ser manufacturado nas configurações prefolded que os cirurgiões podem facilmente caber em torno dos instrumentos mìnima invasores assim como nas ferramentas que estão sendo usadas actualmente na cirurgia robótico. Estão procurando colaborar com os desenhistas para integrar o bioadhesive em plataformas robóticos da cirurgia.

“Nós acreditamos que a novidade conceptual no formulário e na função desta correcção de programa representa uma etapa emocionante para superar barreiras translational na cirurgia robótico e a facilitação da adopção clínica mais larga de materiais bioadhesive,” Wu dizemos.

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.