Rany spawalnicze

Zapytaj każdego, kto wie o eksperymentach R. Roxa Andersona z laserami i prawdopodobnie usłyszysz słowa Star and Trek w bliskiej odległości. Z drugiej strony, przychodzą na myśl analogie z niższymi technologiami, takie jak stocznie lub warsztaty samochodowe. Ale to nie jest science fiction i zdecydowanie nie jest to konwencjonalna obróbka metali. Anderson pracuje w świecie biologii, a jego celem jest zaspawanie ran.

Spawanie rany to zaawansowane technologicznie marzenie, które może wkrótce stać się kliniczną rzeczywistością — jeśli znajdzie odpowiednią niszę. Anderson, dermatolog z Uniwersytetu Harvarda, który kieruje laboratorium badań laserowych w Massachusetts General Hospital (MGH), uważa, że ​​lasery mogą zastąpić stosunkowo prymitywne szwy i zszywki, które są obecnie szeroko stosowane. Mówi, że nie powinniśmy składać ludzi z powrotem, przeprowadzać operacji i przesuwać narządów, przypinać ich tam małymi kawałkami sznurka i kawałkami metalu. To archaiczne.

Ta historia była częścią naszego wydania z listopada 1998 r.

• Zobacz resztę numeru
• Subskrybuj

Anderson i jego koledzy z badań nie są jedynymi, którzy są zaintrygowani możliwością ponownego zespawania rozciętych i uszkodzonych tkanek. Kilka biomedycznych startupów i uznanych producentów laserów gorączkowo pracuje nad tym, a większe firmy chirurgiczne bacznie obserwują postęp. W pracy kierują się potencjalne zalety spawania laserowego: szybsze operacje, mniej powikłań, szybsze gojenie. Trudna komercyjna rzeczywistość jest jednak taka, że ​​w przypadku większości powszechnych procedur szycie i zszywanie są tanie i głęboko zakorzenione. Jednak ostatnie postępy w chirurgii, zwłaszcza w szybko rozwijającej się dziedzinie procedur małoinwazyjnych, stwarzają możliwości, które mogą sprawić, że spawanie laserowe stanie się rzeczywistością kliniczną.

Jak dotąd pęd do praktycznych zastosowań przewyższył naukowe zrozumienie tego, co dzieje się w miejscu spawania biologicznego. Wiadomo, że kiedy laser podgrzewa krawędzie szczeliny, białka zaczynają się denaturować lub topić. Gdy materiał stygnie, twardnieje i – jeśli wszystko idzie zgodnie z planem – krawędzie łączą się, pozostawiając szew jak spaw w metalowej rurze. Aby wspomóc ten proces łączenia, naukowcy często dodają do rany lut na bazie białka, aby wzmocnić szew.

Ta metoda jest atrakcyjna dla chirurgów, ponieważ z jednej strony może ostatecznie stać się bardziej ustandaryzowana niż szycie, które wciąż jest bardziej sztuką niż nauką. Jak daleko odsunęli igłę od brzegu tkanki, jak daleko odstawili jeden szew od drugiego, jak mocno zawiązują węzeł lub ciągną ścieg między węzłami – to wszystko jest subiektywne i każdy chirurg zrobi to inaczej – wyjaśnia. Dix Poppas, dyrektor urologii dziecięcej, chirurgii rekonstrukcyjnej i laparoskopowej w New York Hospital-Cornell University Medical Center oraz badacz zajmujący się spawaniem tkanek. I chociaż mechaniczne zszywacze eliminują część rzemiosła z łączenia tkanek, nie zawsze są praktyczne w przypadku delikatnych, nieregularnych lub bardzo małych struktur.

W przeciwieństwie do szwów lub zszywek, rany spawalnicze zapewniają również wodoszczelne zamknięcie, które zatrzymuje płyny ustrojowe, zapobiegając utracie krwi, infekcjom i powtórnym operacjom. A lasery nie pozostawiają kawałków nici i kawałków metalu, które mogą hamować gojenie i powodować stany zapalne, blizny i zwężenia nowo naprawionych naczyń.

Pierwsze próby laserowego zgrzewania tkanek mają prawie 20 lat. W tym czasie lasery stały się nieocenionym narzędziem chirurgów do cięcia lub niszczenia tkanek i zrewolucjonizowały między innymi usuwanie zaćmy. Ale z wyjątkiem szeroko stosowanej procedury laserowej do ponownego mocowania siatkówki, spawanie jeszcze nie sprawdziło się jako metoda z wyboru do zamykania tkanek.

Obecnie jednak wielu badaczy biomedycznych uważa, że ​​dziedzina osiąga masę krytyczną. Zachęcających wyników z badań laboratoryjnych i na zwierzętach wciąż przybywa, a wstępne badania na ludziach wykazały potencjalną użyteczność spawania w operacjach, takich jak odwrócenie wazektomii, przyłączenie tętnic i żył oraz korekcja wad wrodzonych prącia. Robię to od 16 lat i kiedyś nikt nawet nie słuchał – teraz dostaję telefony co tydzień, mówi Poppas.

Pomimo entuzjazmu, pozostaje niepewne, czy spawanie tkanek może zająć miejsce w niezwykle konkurencyjnym biznesie chirurgicznym. Aby stała się standardową techniką medyczną, lekarze będą potrzebować dostępu do bezpiecznych i niezawodnych, gotowych urządzeń spawalniczych i lutowniczych. Niektóre z tych produktów znajdują się obecnie w badaniach klinicznych na ludziach, ale nadal muszą się sprawdzić i uzyskać aprobatę regulacyjną Agencji ds. Żywności i Leków. A firmy opracowujące produkty będą musiały zdefiniować i zdobyć rynek dla swojej technologii, która zapewni lukratywne zwroty.

Wyjmowanie sztuki

Kluczowym krokiem na drodze do szerokiego zastosowania zgrzewania tkanek jest zbudowanie łatwych w użyciu systemów laserowych, które są bezpieczne i niezawodne w rękach wielu chirurgów, nie tylko wysoko wykwalifikowanych naukowców, którzy opracowują te systemy. Chociaż Poppas i inni chirurdzy zdobyli reputację doskonałych spawaczy, ich technika nadal jest pod pewnymi względami formą sztuki. Po pierwsze, ocena, kiedy wyłączyć laser, jest trudna; jeśli tkanka będzie zbyt gorąca, spali się, jeśli nie będzie wystarczająco gorąca, spoina będzie słaba.

Poppas, który podczas spawania używa lutów białkowych, wyjaśnia, że ​​przyjrzenie się punktowi końcowemu spoiny pozostawia wiele miejsca na błędy. Jedynym sposobem, aby to zrobić, jest przyjrzenie się zmianom wizualnym zachodzącym w lutowiu – kiedy widzisz, że twardnieje, kiedy widzisz, jak błyszczy, kiedy widzisz, że się bąbelkuje, kiedy widzisz, że staje się nieprzezroczysty. To bardzo subiektywne parametry, a każdy chirurg będzie miał inne zdanie na temat wyglądu spoiny.

Aby proces był powtarzalny dla przeciętnego chirurga, Poppas współpracuje z firmą Abiomed z siedzibą w Danvers w celu przetestowania inteligentniejszego systemu spawalniczego. Podejście Abiomed wykorzystuje detektor podczerwieni, podobny do tych stosowanych w termometrach dousznych, do pomiaru temperatury plamki, gdy laser ją nagrzewa. Sygnał z termometru podawany jest do mikroprocesora, który dostosowuje moc lasera, aby utrzymać temperaturę w granicach kilku stopni. Według Roberta Stewarta, głównego naukowca w firmie Abiomed, system ten sprawia, że ​​spawanie nie jest już sztuką. Każdy może ustawić temperaturę i spawać i będzie działać.

W niektórych delikatnych operacjach wykonywanych przez spawaczy tkanek — na przykład z udziałem noworodków, a nawet płodów przed urodzeniem — taka niezawodność może być kwestią życia i śmierci. Chociaż te zastosowania o wysokim ryzyku dają szansę na zabłyśnięcie laserowego spawania tkanek (szwy przedzierałyby się przez kruche tkanki płodu), podkreślają również, jak ważne jest utrzymywanie lasera w ryzach. Aby bezpiecznie wykonywać operacje, naukowcy z Lawrence Livermore National Laboratory w Berkeley w Kalifornii opracowali system spawania ze sprzężeniem zwrotnym, a we współpracy z firmą Conversion Energy Enterprises z Spring Valley w stanie Nowy Jork, zespół testuje możliwość wykorzystania go do uszczelnić i połączyć naczynia krwionośne noworodka i płodu.

Martwy na

Chociaż niezawodny, łatwy w użyciu system laserowy jest niezbędny, wielu badaczy uważa, że ​​samo użycie lasera do stopienia białek znajdujących się w miejscu rany nie może zapewnić wystarczająco mocnego uszczelnienia do użytku klinicznego. Tak więc, podobnie jak hydraulicy i elektrycy, chirurdzy zwrócili się w stronę lutów — w tym przypadku białek pochodzących z tkanek zwierzęcych lub ludzkich, które wtapiają się w ranę i wzmacniają wiązanie tkanek.

Będąc jeszcze studentem medycyny w połowie lat 80., Poppas spędził kilka frustrujących miesięcy w laboratorium, operując cewki moczowe szczura, używając samego lasera do ich uszczelniania. Ciągle widziałem tam potencjał, wspomina, ale coś było nie tak. Laser nie wytwarzał niezawodnie wiązania wystarczająco silnego, aby konkurować ze szwami. Poppas zaczął więc bawić się bogatymi w białko paskami mięśni lub żył, albo kroplami krwi, które nakładał na przecięte naczynie przed uderzeniem w nie światłem lasera. Wyniki były lepsze, ale wciąż niewystarczające. Następnie spróbował czystego białka – związku zwanego albuminą, który jest bogaty w surowicę krwi i białka jaja. Pomieszałem to, założyłem na ranę i skleiłem to coś i to było niewiarygodne, wyniki były po prostu fenomenalne, mówi. W rzeczywistości miałem tego dnia iść na koncert [Grateful] Dead i przegapiłem go, ponieważ ciągle przeprowadzałem te eksperymenty.

Tykający zegar

Zwolennicy spawania tkankowego są optymistyczni dzięki umocnieniu nauki o lutowaniu i dostrojeniu technologii laserowej. Na przykład Anderson z MGH wierzy, że on i jego koledzy zmierzają w kierunku rzeczywistości, w której w końcu pojawi się gotowy, przyjazny dla użytkownika system naprawy tkanek, który wygląda bardzo podobnie do tego, co robią w Star Trek. Ale zanim technologia i science fiction mogą się połączyć, spawanie tkanek staje przed przytłaczającym wyzwaniem; nadal musi znaleźć wstępne zastosowanie, aby uzyskać technologię na półce i otworzyć rynek.

A zegar tyka. Niektórzy zwolennicy obawiają się, że jeśli spawanie nie stanie się opłacalne w ciągu najbliższych kilku lat, potencjalne nisze zostaną wypełnione przez nową generację biologicznych i syntetycznych klejów tkankowych. Chirurgiczne kleje i uszczelniacze — niektórzy syntetyczni kuzyni Superglue i inne wykonane z materiałów biologicznych — obiecują wiele takich samych korzyści, jak zgrzewanie tkanek. Chociaż żaden klej nie spełnia wszystkich kryteriów idealnego uszczelniacza tkanek, kleje zaczynają zyskiwać aprobatę organów regulacyjnych do ograniczonych zastosowań, takich jak zamykanie małych ran skóry lub nacięć. A twórcy klejów już pracują nad mocniejszymi i bardziej biokompatybilnymi produktami.

ukryć