Molekylær kirurgi omformer levende væv med elektricitet, men uden indsnit

Traditionel kirurgi for at omforme en næse eller øre indebærer skæring og suturering, nogle gange efterfulgt af lange restitutionstider og ar. Men nu, forskere har udviklet en "molekylær kirurgi"-proces, der bruger små nåle, elektrisk strøm og 3-D-printede forme til hurtigt at omforme levende væv uden indsnit, ardannelse eller restitutionstid. Teknikken viser endda løfte som en måde at fikse ubevægelige led på eller som et ikke-invasivt alternativ til laser øjenkirurgi.

Forskerne vil præsentere deres resultater i dag på American Chemical Society (ACS) National Meeting &Exposition foråret 2019.

"Vi forestiller os denne nye teknik som en billig kontorprocedure udført under lokalbedøvelse, " siger Michael Hill, Ph.D., en af ​​projektets hovedefterforskere, hvem skal drøfte arbejdet på mødet. "Hele processen ville tage omkring fem minutter."

Bakke, der er på Occidental College, blev involveret i dette projekt, da Brian Wong, M.D., Ph.D., der er på University of California, Irvine, bad om hjælp til at udvikle en ikke-invasiv teknik til at omforme brusk. En sådan metode ville være nyttig til kosmetiske kirurgiske procedurer, såsom at gøre en næse mere attraktiv. Men metoden kan også hjælpe med at løse problemer, såsom en afviget septum, eller tilstande, for hvilke der ikke findes gode behandlinger, såsom ledkontrakturer forårsaget af slagtilfælde eller cerebral parese. Efter selv at have været udsat for smertefuld afvigende septumoperation, Hill forstår, hvad patienter går igennem, og var begejstret for at deltage i et projekt for at udvikle en bedre strategi.

Wong var allerede ekspert i en alternativ teknik, der bruger en infrarød laser til at opvarme brusk, gør den fleksibel nok til at omforme den. "Problemet er, den teknik er dyr, og det er svært at opvarme brusken nok, så den er formbar uden at dræbe vævet, " siger Hill. For at finde en mere praktisk tilgang, Wongs hold begyndte at eksperimentere med at føre strøm gennem brusk for at varme det op. Metoden gav dem faktisk mulighed for at omforme væv, men, nysgerrigt, ikke ved at varme den op. Wong henvendte sig til Hill for at fastslå, hvordan den nye metode fungerede, og for at forfine den for at forhindre vævsskade.

Brusk består af bittesmå stive fibre af kollagen løst vævet sammen af ​​biopolymerer. Dens struktur ligner spaghetti, der er blevet tilfældigt dumpet på en disk, med de enkelte tråde bundet sammen med tråd. "Hvis du tog det op, trådene ville ikke falde fra hinanden, men det ville være floppy, " siger Hill. Brusk indeholder også negativt ladede proteiner og positivt ladede natriumioner. Brusk med en større tæthed af disse ladede partikler er stivere end brusk med en lavere ladningstæthed.

Hills gruppe opdagede, at strøm gennem brusk elektrolyserer vand i vævet, omdanne vandet til oxygen og brintioner, eller protoner. Protonernes positive ladning ophæver den negative ladning på proteinerne, reducere ladningstætheden og gøre brusken mere formbar. "Når vævet er floppy, " han siger, "du kan støbe den til hvilken form du vil."

Holdet testede metoden på en kanin, hvis ører normalt står oprejst. De brugte en form til at holde det ene øre bøjet i den ønskede nye form. Hvis de så havde fjernet formen uden at påføre en strøm, kaninens øre ville være sprunget tilbage i sin oprindelige oprejste position, ligesom et menneskeligt øre ville. Men ved at indsætte mikronåleelektroder i øret ved bøjningen og pulsere strøm gennem dem med formen på plads, de blødgjorde kort brusken på bøjningsstedet uden skader. Ved at slukke for strømmen tillod brusken at hærde i sin nye form, hvorefter formen blev fjernet.

For at opnå dette resultat med traditionelle metoder, en kirurg skulle skære gennem huden og brusken og derefter sætte stykkerne sammen igen. Det kan føre til dannelse af arvæv i leddet. At arvæv nogle gange skal fjernes ved efterfølgende operationer, siger Hill. Ved at undgå denne mekaniske skade på brusken, den molekylære kirurgiske teknik forårsager ingen ardannelse og ingen smerte.

Forskerne undersøger licensmuligheder for bruskteknikken sammen med virksomheder inden for medicinsk udstyr. De undersøger også anvendelser i andre typer kollagenvæv, såsom sener og hornhinder. I et øje, hornhindens form påvirker synet, med for meget krumning, der forårsager nærsynethed, for eksempel. Mange forhindringer skal overvindes, før denne metode kan bruges til at rette en persons syn, men foreløbige dyreforsøg har haft lovende resultater. Forskerne brugte en 3-D-printer til at lave en kontaktlinse. Efter at have malet elektroder på det, de sætter kontaktlinsen på øjet. Påføring af strøm tillod dem midlertidigt at blødgøre hornhinden og ændre dens krumning.