Традиционная хирургия для изменения формы носа или уха влечет за собой обязательно разрез и швы, иногда с последующим длительным восстановительным периодам и рубцами. Но теперь исследователи разработали процесс «молекулярной хирургии», который использует крошечные иглы, электрический ток и 3D-печатные формы для быстрого изменения живой ткани без разрезов, рубцов или периода восстановления. Метод даже может быть применим в области исправления неподвижных суставов или как неинвазивная альтернатива лазерной хирургии глаза.
«Мы представляем эту новую технику как недорогую амбулаторную процедуру, выполняемую под местной анестезией», — говорит Майкл Хилл, кандидат медицинских наук, ведущий научный сотрудник, один из руководителей проекта. «Весь процесс займет около пяти минут.»
Хилл, который работает в Западном Колледже, стал участвовать в этом проекте, когда Брайан Вонг, кандидат медицинских наук, который работает в Университете Калифорнии, попросил помощи в разработке неинвазивной методики изменения хряща. Такой метод был бы полезен для косметических хирургических процедур, таких как пластика носа. Но этот метод также может помочь устранить такие проблемы как искривление перегородки или заболевания, для которых не существует адекватного лечения, такие как контрактуры суставов, вызванные инсультом или церебральным параличом. Хилл, перенесший операцию на перегородке носа, понимает, через что проходят пациенты, и был рад присоединиться к проекту по разработке лучшего метода.
Вонг уже был экспертом в одном альтернативном методе, который использует инфракрасный лазер для нагрева хряща, делая его достаточно гибким для изменения формы. «Проблема в том, что эта техника дорогая, и очень трудно нагреть хрящ так, чтобы он стал податливым, но не повредив ткань самого хряща», — говорит Хилл. Чтобы найти более практичный подход, команда Вонга начала экспериментировать с нагревом хряща с помощью тока. Этот метод действительно позволял им изменять форму тканей, но, как ни странно, не нагревая их. Вонг обратился к Хиллу, чтобы более детально разобраться как работает новый метод, и усовершенствовать его, чтобы предотвратить повреждение тканей.
Хрящ представляет собой малюсенькие твердые волокон коллагена сплетенные между собой биополимерами. Его структура напоминает спагетти, которые были случайно брошены на прилавок, где каждая макаронина связана с другими нитками. «Если бы вы подняли их, пряди не развалились бы, но вся конструкция была бы гибкой», — говорит Хилл. Хрящ также содержит отрицательно заряженные белки и положительно заряженные ионы натрия. Хрящ с большей плотностью этих заряженных частиц жестче, чем хрящ с меньшей плотностью заряда.
Группа Хилла обнаружила, что ток, проходящий через хрящ, электролизирует воду в ткани, превращая ее в кислород и ионы водорода, или протоны. Положительный заряд протонов отменяет отрицательный заряд на белках, уменьшая плотность заряда и делая хрящ более податливым. — Как только ткань станет мягкой, — говорит он, — вы сможете придать ей любую форму, какую захотите.»
Команда испытала этот метод на кролике, чьи уши обычно стоят вертикально. Они использовали специальную форму, чтобы держать одно ухо согнутым в нужном положении. Если бы они затем убрали форму без применения тока, ухо кролика вернулось бы в свое первоначальное вертикальное положение, точно так же, как человеческое ухо. Но, вставив микроигольные электроды в ухо на изгибе и пустив пульсирующий ток через них, они ненадолго размягчили хрящ в месте изгиба без повреждения. Затем выключение тока позволило хрящу затвердеть в новой форме, после чего форма была удалена.
Чтобы достичь этого результата традиционными методами, хирург должен был бы разрезать кожу и хрящи, а затем склеить части вместе. Это может привести к образованию рубцовой ткани в суставе. Хилл говорит, что рубцовая ткань иногда должна удаляться при последующих операциях. Избегая этого механического повреждения хряща, метод молекулярной хирургии не вызывает боли и не оставляет после себя рубцов.
Исследователи изучают варианты лицензирования хрящевой техники с компаниями производящими медицинского оборудования. Они также исследуют применения метода в других типах тканей, где присутствует коллагена, такие как сухожилия и роговица. В глазу форма роговицы влияет на зрение, например, слишком большая кривизна вызывает близорукость. Прежде чем использовать этот метод для коррекции зрения человека, необходимо преодолеть множество препятствий, но предварительные эксперименты на животных дали многообещающие результаты. Исследователи использовали 3D-принтер для изготовления контактных линз. После подсоединения электродов к линзе её надевают на глаз. Применение тока позволило им временно размягчить роговицу и изменить ее кривизну.
Источник: American Chemical Society