Ferite di saldatura

Chiedi a chiunque conosca gli esperimenti di R. Rox Anderson con i laser e probabilmente sentirai le parole Star e Trek nelle immediate vicinanze. Poi di nuovo, potrebbero venire in mente anche analogie a bassa tecnologia, come cantieri navali o carrozzerie. Ma questa non è fantascienza e sicuramente non è lavorazione dei metalli convenzionale. Anderson lavora nel mondo della biologia e il suo scopo è chiudere le ferite.

La saldatura delle ferite è un sogno high-tech che potrebbe diventare presto una realtà clinica, se trova la giusta nicchia. Anderson, un dermatologo dell'Università di Harvard che dirige un laboratorio di ricerca laser presso il Massachusetts General Hospital (MGH), pensa che i laser potrebbero soppiantare le suture e le graffette relativamente primitive ora ampiamente utilizzate. Non dovremmo rimettere insieme le persone o fare interventi chirurgici e spostare organi in giro, attaccandoli lì con piccoli pezzi di spago e pezzi di metallo, dice. È arcaico.

Questa storia faceva parte del nostro numero di novembre 1998

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Anderson e i suoi colleghi di ricerca non sono gli unici incuriositi dal potenziale di risaldare insieme i tessuti tagliati e feriti del corpo. Una manciata di startup biomediche e affermati produttori di laser ci stanno lavorando febbrilmente, e le più grandi aziende chirurgiche stanno tenendo d'occhio i progressi. Il lavoro è guidato dai potenziali vantaggi della saldatura laser: interventi chirurgici più rapidi, meno complicazioni, guarigione più rapida. La dura realtà commerciale, tuttavia, è che, per le procedure più comuni, sutura e pinzatura sono economiche e profondamente radicate. Ma i recenti progressi in chirurgia, in particolare quelli nel campo in rapida crescita delle procedure minimamente invasive, stanno creando opportunità che potrebbero rendere la saldatura laser una realtà clinica.

Finora, la corsa alle applicazioni pratiche ha superato la comprensione scientifica di ciò che accade in un sito di bio-saldatura. Quello che si sa è che quando il laser riscalda i bordi di un'affitto, le proteine ​​iniziano a denaturarsi oa sciogliersi. Quando il materiale si raffredda, si solidifica e, se tutto va secondo i piani, i bordi si uniscono, lasciando una cucitura come una saldatura in un tubo metallico. Per aiutare questo processo di fusione, i ricercatori spesso aggiungono una saldatura a base di proteine ​​nella ferita per rinforzare la cucitura.

Il metodo è attraente per i chirurghi perché, per prima cosa, potrebbe alla fine diventare più standardizzato della sutura, che è ancora più arte che scienza. Quanto lontano mettono l'ago dal bordo del tessuto, quanto lontano mettono un punto da un altro, quanto strettamente fanno il nodo o tirano il punto tra i nodi: tutto questo è soggettivo e ogni chirurgo li farà in modo diverso, spiega Dix Poppas, direttore di urologia pediatrica, chirurgia ricostruttiva e laparoscopica presso il New York Hospital-Cornell University Medical Center e ricercatore nella saldatura dei tessuti. E mentre le cucitrici meccaniche eliminano parte del lavoro dai tessuti di giunzione, non sono sempre pratiche per strutture delicate, irregolari o molto piccole.

A differenza delle suture o delle graffette, le ferite da saldatura offrono anche una tenuta stagna per trattenere i fluidi corporei, prevenendo perdite di sangue, infezioni e interventi chirurgici ripetuti. E i laser non lasciano frammenti di filo e pezzi di metallo che possono inibire la guarigione e causare infiammazioni, cicatrici e costrizione dei vasi appena riparati.

I primi tentativi di saldatura laser dei tessuti risalgono a quasi 20 anni fa. In quel periodo, i laser sono emersi come uno strumento prezioso per i chirurghi per tagliare o distruggere i tessuti e hanno, ad esempio, rivoluzionato la rimozione della cataratta. Ma con l'eccezione di una procedura laser ampiamente utilizzata per riattaccare una retina, la saldatura deve ancora dimostrarsi il metodo di scelta per la chiusura dei tessuti.

In questi giorni, tuttavia, molti ricercatori biomedici ritengono che il campo stia raggiungendo la massa critica. I risultati incoraggianti degli studi di laboratorio e sugli animali continuano ad accumularsi e studi preliminari sull'uomo hanno dimostrato la potenziale utilità della saldatura in interventi chirurgici come l'inversione della vasectomia, il riattacco di arterie e vene e la correzione di difetti alla nascita del pene. Lo faccio da 16 anni e una volta nessuno mi ascoltava nemmeno, ora ricevo chiamate ogni settimana, dice Poppas.

Nonostante l'entusiasmo, rimane incerto se la saldatura dei tessuti possa ritagliarsi un posto nel settore chirurgico altamente competitivo. Affinché diventi una tecnica medica standard, i medici avranno bisogno di accedere a dispositivi di saldatura e saldature standard sicuri e affidabili. Alcuni di questi elementi sono ora in studi clinici sull'uomo, ma devono ancora dimostrare il loro valore e ottenere l'approvazione normativa dalla Food and Drug Administration. E le aziende che sviluppano i prodotti dovranno definire e conquistare un mercato per la loro tecnologia che fornirà ritorni redditizi.

Tirare fuori l'arte

Un passo cruciale per rendere la saldatura dei tessuti ampiamente applicabile è la costruzione di sistemi laser di facile utilizzo che siano sicuri e affidabili nelle mani di molti chirurghi, non solo in quelle dei ricercatori altamente qualificati che stanno sviluppando i sistemi. Sebbene Poppas e altri chirurghi si siano guadagnati la reputazione di ottimi saldatori, la loro tecnica è ancora in qualche modo una forma d'arte. Giudicare quando spegnere il laser, per prima cosa, è complicato; se il tessuto si surriscalda brucerà, se non si surriscalda abbastanza la saldatura sarà debole.

Poppas, che usa saldature proteiche quando salda, spiega che guardare a occhio nudo il punto finale di una saldatura lascia molto spazio all'errore. L'unico modo per farlo è osservare i cambiamenti visivi che si verificano nella saldatura: quando la vedi indurire, quando la vedi brillare, quando la vedi bolla, quando la vedi diventare opaca. Questi sono parametri estremamente soggettivi e ogni chirurgo avrà un'opinione diversa sull'aspetto di una saldatura.

Per rendere il processo costantemente riproducibile per il chirurgo medio, Poppas sta lavorando con Abiomed di Danvers, Massachusetts, per testare un sistema di saldatura più intelligente. L'approccio Abiomed utilizza un rilevatore a infrarossi, simile a quelli utilizzati nei termometri auricolari, per misurare la temperatura di un punto mentre il laser lo riscalda. Il segnale del termometro viene inviato a un microprocessore, che regola l'uscita del laser per mantenere la temperatura entro pochi gradi. Il sistema, secondo Robert Stewart, uno dei principali scienziati dello staff di Abiomed, elimina l'arte dalla saldatura. Chiunque può impostare una temperatura e saldare e funzionerà.

In alcune delle delicate operazioni mirate ai saldatori di tessuti, ad esempio quelle che coinvolgono neonati e persino feti prima della nascita, tale affidabilità potrebbe essere una questione di vita o di morte. Sebbene queste applicazioni ad alto rischio diano alla saldatura laser dei tessuti la possibilità di brillare (le suture lacererebbero i fragili tessuti fetali), evidenziano anche la posta in gioco coinvolta nel tenere sotto controllo il laser. Per eseguire le operazioni in sicurezza, i ricercatori del Lawrence Livermore National Laboratory di Berkeley, in California, hanno inventato un sistema di saldatura controllato dal feedback e, lavorando con Conversion Energy Enterprises di Spring Valley, NY, il team sta testando la fattibilità di usarlo per sigillare e unire i vasi sanguigni del neonato e del feto.

Morto

Sebbene un sistema laser affidabile e facile da usare sia essenziale, molti ricercatori ritengono che il semplice utilizzo di un laser per fondere le proteine ​​trovate nel sito della ferita non possa creare un sigillo abbastanza forte per l'uso clinico. Quindi, come idraulici ed elettricisti, i chirurghi si sono rivolti alle saldature, in questo caso, proteine ​​derivate da tessuti animali o umani che si fondono nella ferita e rafforzano il legame dei tessuti.

Mentre era ancora uno studente di medicina a metà degli anni '80, Poppas trascorse diversi mesi frustranti in laboratorio operando sull'uretra di ratto, usando solo un laser per sigillarli. Continuavo a vedere un potenziale lì, ricorda, ma qualcosa non andava. Il laser non produceva in modo affidabile un legame abbastanza forte da competere con le suture. Quindi Poppas ha iniziato a giocare con strisce di muscolo o vena ricche di proteine, o gocce di sangue che ha posto sul vaso tagliato prima di colpirlo con la luce laser. I risultati sono stati migliori ma ancora non abbastanza buoni. Ha quindi provato la proteina pura, un composto chiamato albumina che è abbondante nel siero del sangue e negli albumi. L'ho mescolato e messo sulla ferita e ho legato questa cosa ed è stato incredibile, i risultati sono stati semplicemente fenomenali, dice. In effetti, avrei dovuto andare a un concerto dei [Grateful] Dead quel giorno e l'ho perso perché ho continuato a fare questi esperimenti.

Ticchettio dell'orologio

Con la solidificazione della scienza della saldatura e l'ottimizzazione della tecnologia laser, i sostenitori della saldatura dei tessuti sono ottimisti. Anderson di MGH, per esempio, crede che lui e i suoi colleghi si stiano dirigendo verso una realtà in cui alla fine ci sarebbe un sistema facile da usare per la riparazione dei tessuti che assomiglia molto a quello che fanno in Star Trek. Ma prima che tecnologia e fantascienza possano fondersi, la saldatura dei tessuti deve affrontare una sfida scoraggiante; deve ancora trovare un'applicazione iniziale per portare la tecnologia sullo scaffale e aprire il mercato.

E il tempo stringe. Alcuni sostenitori temono che se la saldatura non diventerà commercialmente redditizia entro i prossimi anni, potenziali nicchie saranno riempite da una nuova generazione di colle biologiche e sintetiche per tessuti. Gli adesivi e i sigillanti chirurgici, alcuni cugini a base sintetica di Superglue e altri realizzati con materiali biologici, promettono molti degli stessi vantaggi della saldatura dei tessuti. Sebbene nessun adesivo soddisfi tutti i criteri per un sigillante tissutale ideale, le colle stanno iniziando a ottenere l'approvazione normativa per applicazioni limitate come la chiusura di piccole ferite o incisioni cutanee. E gli sviluppatori di adesivi stanno già lavorando su prodotti più forti e più biocompatibili.

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