Lodning af sår med lys- og nanotermometre

Ikke alle sår kan lukkes med nål og tråd. Empa-forskere har nu udviklet en loddeproces med nanopartikler, der blidt sammensmelter væv. Loddeteknikken forventes at forhindre sårhelingsforstyrrelser og livstruende komplikationer fra utætte suturer.

Holdet har for nylig offentliggjort den lovende metode i tidsskriftet Small Methods og søgte patent.

For nogen tid for mere end 5.000 år siden kom menneskeheden på ideen om at sy et sår med en nål og tråd. Siden da har dette kirurgiske princip ikke ændret sig meget:Afhængig af fingerspidsfølelsen hos den person, der udfører operationen og udstyret, kan snit eller rifter i vævet sammenføjes mere eller mindre perfekt. Når begge sider af et sår er pænt fastgjort til hinanden, kan kroppen begynde at lukke vævsgabet permanent på en naturlig måde.

Suturen opnår dog ikke altid, hvad den skal. I meget blødt væv kan tråden skære gennem vævet og forårsage yderligere skade. Og hvis sårlukningen ikke forsegler på indre organer, kan permeable suturer udgøre et livstruende problem. Forskere ved Empa og ETH Zürich har nu fundet en måde at lodde sår ved hjælp af lasere.

Styring af temperatur i realtid

Lodning involverer normalt sammenføjning af materialer ved hjælp af varme via et smeltende bindemiddel. Det faktum, at denne termiske reaktion skal forblive inden for snævre grænser for biologiske materialer, og at temperaturen samtidig er svær at måle på en ikke-invasiv måde, har været et problem for anvendelsen af ​​loddeprocesser i medicin.

Holdet ledet af Oscar Cipolato og Inge Herrmann fra Particles Biology Interactions laboratorium i Empa i St. Gallen og Nanopartikel Systems Engineering Laboratory ved ETH Zürich fiksede derfor med et smart sårlukningssystem, hvor laserlodning kan styres skånsomt og effektivt. Til dette formål udviklede de et bindemiddel med metalliske og keramiske nanopartikler og brugte nanotermometri til at kontrollere temperaturen.

Elegancen af ​​den nye loddeproces er også baseret på interaktionen mellem de to typer nanopartikler i den bindende protein-gelatinepasta. Mens pastaen bestråles med laser, omdanner titaniumnitrid nanopartikler lyset til varme. De specielt syntetiserede bismuthvanadatpartikler i pastaen fungerer derimod som bittesmå fluorescerende nanotermometre. De udsender lys af en bestemt bølgelængde på en temperaturafhængig måde, hvilket tillader ekstremt præcis temperaturregulering i realtid.

Dette gør metoden særdeles velegnet til brug ved minimalt invasiv kirurgi, da den ikke kræver omrøring og bestemmer temperaturforskelle med ekstrem fin rumlig opløsning i overfladiske og dybe sår.

Blød IR

Da holdet havde optimeret betingelserne for "iSoldering" (intelligent lodning) via matematisk modellering i silico, var forskerne i stand til at undersøge kompositmaterialets ydeevne. Sammen med kirurger fra University Hospital Zurich, Cleveland Clinic (U.S.) og det tjekkiske Charles University opnåede holdet hurtig, stabil og biokompatibel binding af sår på organer som bugspytkirtlen eller leveren i laboratorietests med forskellige vævsprøver.

Lige så vellykket og skånsom var forseglingen af ​​særligt udfordrende stykker væv, såsom urinrøret, æggelederen eller tarmen, ved hjælp af iSoldering. Der er nu indgivet en patentansøgning for nanopartikelkompositmaterialet.

Men forskerne stoppede ikke der. Det lykkedes dem at erstatte laserlyskilden med blidere infrarødt (IR) lys. Dette bringer loddeteknologien endnu et skridt tættere på at blive brugt på hospitaler. "Hvis medicinsk godkendte IR-lamper blev anvendt, kunne den innovative loddeteknologi bruges i konventionelle operationsstuer uden yderligere laserbeskyttelsesforanstaltninger," siger Empa-forsker Inge Herrmann.

Flere oplysninger: Oscar Cipolato et al., Nanotermometri-aktiveret intelligent laservævslodning, Små metoder (2023). DOI:10.1002/smtd.202300693

Journaloplysninger: Små metoder

Leveret af Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology