Пластырь-оригами
Многие операции сегодня выполняются с помощью минимально инвазивных процедур, при которых делается небольшой разрез или прокол, через который вводятся камеры и хирургические инструменты для удаления опухолей и восстановления поврежденных тканей и органов. Минимизация разреза приводит к уменьшению боли и более короткому времени восстановления по сравнению с открытой операцией.
При всей развитости и технологичности малоинвазивной хирургии, врачи могут столкнуться с проблемами на этапе зашивания внутренних ран и разрывов.
Инженеры Массачусетского технологического института разработали медицинский пластырь, который можно уложить вокруг миниатюрных хирургических инструментов и доставить через дыхательные пути, кишечник или операционный разрез для лечения внутренних повреждений. В сухом состоянии пластырь напоминает складывающуюся пленку, похожую на бумагу для оригами. При контакте с влажными тканями или органами он превращается в эластичный гель и может прилипать к поврежденному участку.
В отличие от существующих хирургических клеев, новый пластырь разработан таким образом, чтобы противостоять инфицированию при контакте с бактериями или жидкостями организма. Со временем пластырь безопасно разлагается и выводится.
Посмотреть видеоролик можно на YouTube.
Исследователи сотрудничали с практикующими хирургами, чтобы оптимизировать дизайн пластыря для клинического использования, и они предполагают, что новый биоадгезивный материал позволяет вводить его с помощью минимально инвазивных хирургических инструментов, которыми хирург управляет напрямую или удаленно с помощью медицинского робота.
Новый пластырь может быть использован для восстановления перфорации после колоноскопии или заживления паренхиматозных органов или кровеносных сосудов после травмы или планового хирургического вмешательства. Вместо того, чтобы выполнять полностью открытый хирургический доступ, можно будет ввести пластырь, которым внутри организма закрыть рану, по крайней мере на время, достаточное для заживления.
Многослойная защита
Биоадгезивы, которые в настоящее время используются в минимально инвазивных операциях, доступны в основном в виде биоразлагаемых жидкостей и клеев, которые могут наноситься на поврежденные ткани. Но когда эти клеи затвердевают на более мягкой поверхности, создается несовершенное уплотнение. Кровь и другие биологические жидкости могут загрязнять клей, препятствуя успешному прилипанию к поврежденному месту. Клей также может раствориться до того, как травма полностью заживет, а после нанесения – спровоцировать воспалительную реакцию с последующим образованием рубцовой ткани.
Учитывая недостатки существующих материалов, группа стремилась разработать альтернативу, которая отвечала бы всем функциональным требованиям. Пластырь должен плотно прилипать к влажной поверхности поврежденного участка, не связываться с жидкостями до достижения пункта назначения, а после нанесения на поврежденный участок сопротивляться бактериальному инфицированию и чрезмерному воспалению.
Пластырь-оригами отвечает всем трем требованиям благодаря трехслойной структуре. Средний слой – это основной биоадгезив, сделанный из гидрогелевого материала с N-гидроксисукцинимидными (NHS) включениями. При контакте с влажной поверхностью клей впитывает окружающую влагу и становится эластичным, принимая форму ткани. Одновременно сложные эфиры NHS в составе среднего слоя пластыря образуют прочные ковалентные связи с соединениями на поверхности ткани, создавая плотный контакт между двумя материалами. Основной слой с обеих сторон покрыт защитными материалами. Нижний содержит силиконовое масло, которое предотвращает прилипание пластыря к другим поверхностям при движении по телу. Когда клей достигает места назначения и слегка прижимается к поврежденной ткани, силиконовое масло выдавливается наружу, позволяя клею закрепиться на ткани. Верхний слой пластыря состоит из эластомерной пленки, покрытой цвиттер-ионными полимерами – молекулярными цепями, состоящими из положительно и отрицательно заряженных ионов, которые притягивают окружающие молекулы воды к поверхности эластомера. Таким образом, обращенный наружу слой пластыря образует пленку на водной основе как барьер против бактерий и других загрязнителей.
В серии демонстраций исследователи показали, что новый биоадгезивный пластырь прочно прилипает к образцам тканей животных даже после того, как они были погружены в различные жидкости, включая кровь, на длительное время.
Они также использовали технику оригами, чтобы сложить пластырь вокруг инструментов, обычно используемых в минимально инвазивных операциях. Эти инструменты ввели в трахею, пищевод, аорту и кишечник животных. Накачивая баллонный катетер или прикладывая легкое давление к хирургическому степлеру, исследователи смогли прикрепить пластырь к поврежденным тканям и органам и не обнаружили никаких признаков инфицирования на поверхности или рядом с покрытым пластырем участком в течение одного месяца после наложения.
Исследователи предполагают, что новый биоадгезив может быть изготовлен в заранее сложенном виде, и хирурги могут легко разместить его вокруг инструментов, в том числе для роботизированной хирургии.
Статья S.J.Wu et al. A Multifunctional Origami Patch for Minimally Invasive Tissue Sealing опубликована в журнале Advanced Materials.
Аминат Аджиева, портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам MIT News: An origami-inspired medical patch for sealing internal injuries.