Большинство людей, когда думают о питонах, представляют себе огромную змею, сжимающую и проглатывающую жертву целиком. Но знаете ли вы, что питоны изначально держат добычу своими острыми, загнутыми назад зубами? Медицинским исследователям давно известно, что эти зубы идеально подходят для захвата мягких тканей, а не для прорезания их, но никому еще не удалось применить эту концепцию в хирургической практике.
На протяжении многих лет имитация этих зубов для использования в хирургии была частой темой дискуссий в лаборатории доктора Ставроса Томопулоса, профессора ортопедии и биомедицинской инженерии Колумбийского университета.
Биомимикрия – ключ к новому исследованию Томопулос, ведущий исследователь, занимающийся развитием и регенерацией прикрепления сухожилий к костям, особенно заинтересован в совершенствовании восстановления соединения сухожилий с костями, необходимого для восстановления вращательной манжеты плеча и реконструкции передней крестообразной связки.
В статье, опубликованной журналом Science Advances, его команда сообщает, что они разработали устройство наподобие зуба питона в качестве дополнения к существующему ремонту швов вращательной манжеты плеча и обнаружили, что оно почти вдвое увеличивает прочность ремонта.
«По мере того, как мы становимся старше, более половины из нас сталкиваются с разрывом вращательной манжеты плеча, что приводит к боли в плече и снижению подвижности», — говорит Томопулос, который совмещает должности профессора биомеханики имени Роберта Э.
Кэрролла и Джейн Чейс Кэрролл (в области ортопедической хирургии и биомедицинской инженерии) в Колумбийском инженерном институте и Колледже врачей и хирургов имени Вагелоса при Колумбийском университете.
«Лучшим медицинским вмешательством является операция на вращательной манжете плеча , но чрезвычайно высокий процент таких ремонтов терпит неудачу всего через пару месяцев.
Наш биомиметический подход, основанный на конструкции зубов питона, помогает более надежно прикрепить сухожилия к кости.
Устройство не только увеличивает прочность восстановления, но и может быть настроено под пациента.
Мы действительно воодушевлены потенциалом нашего устройства для улучшения лечения травм вращательной манжеты плеча».
Травмы вращательной манжеты плеча Среди наиболее распространенных травм сухожилий разрывы вращательной манжеты плеча ежегодно поражают более 17 миллионов человек в Соединенных Штатах. Частота травм увеличивается с возрастом: более 40% населения старше 65 лет испытывают разрыв вращательной манжеты плеча.
Поскольку разрывы вращательной манжеты плеча обычно происходят в месте прикрепления сухожилия к кости, восстановление вращательной манжеты плеча направлено на анатомическое восстановление прикрепления сухожилия.
Хирургическое восстановление является основным методом лечения для восстановления функции плеча, при этом в Соединенных Штатах ежегодно проводится более 600 000 процедур стоимостью 3 миллиарда долларов.
Однако успешное повторное прикрепление сухожилия к кости остается значительной клинической проблемой. После операции наблюдается высокий уровень неудач, причем с возрастом пациента и тяжестью разрыва частота неудач увеличивается.
Эти показатели варьируются от 20% у молодых пациентов с небольшими разрывами до ошеломляющих 94% у пожилых пациентов с массивными разрывами.
Наиболее распространенным отказом при восстановлении вращательной манжеты плеча является разрыв швов через сухожилие в двух или четырех точках захвата, где концентрируются силы. Несмотря на то, что за последние 20 лет были достигнуты успехи в методах восстановления вращательной манжеты, фундаментальный подход сшивания двух тканей вместе остался в основном неизменным, по-прежнему полагаясь на швы, передающие напряжение в точках захвата с высоким напряжением.
После операции по прикреплению сухожилия к кости швы могут разорваться на сухожилиях в точках высокого напряжения — явление, известное как «протягивание шва» или «проволочная проволока», что приводит к разрыву или разрыву места восстановления.
«Мы решили посмотреть, сможем ли мы разработать устройство, которое имитирует форму зубов питона, которое будет эффективно захватывать мягкие ткани, не разрывая их, и поможет снизить риск повторного разрыва сухожилия после восстановления вращательной манжеты», — сказала Иден Курталиай, участник исследования.
ведущий автор и бывший доктор философии в области биомедицинской инженерии.
студент лаборатории Томопулоса.
Устройство Первоначальная идея команды состояла в том, чтобы скопировать форму зубов питона, но они пошли гораздо дальше, используя моделирование, 3D-печать и эксперименты ex vivo на трупах, чтобы изучить связь между формой зубов и механикой хватания и резания.
Курталиадж изготовил ряд конструкций зубов, оптимизировал отдельные зубы, массивы зубов и, наконец, массив зубов, специфичный для вращательной манжеты.
Конечным результатом стало биомиметическое устройство, изготовленное из биосовместимой смолы — массив зубов на изогнутом основании — способное захватывать, а не резать сухожилия. Зубцы относительно небольшие — 3 мм в высоту для вращательной манжеты человека, что примерно вдвое меньше длины стандартной скобы, — поэтому они не проткнут сухожилие.
Основание можно настроить с помощью 3D-печати, чтобы оно соответствовало кривизне головки плечевой кости пациента в месте прикрепления сухожилия надостной мышцы (наиболее часто разрываемое сухожилие вращательной манжеты).
«Мы разработали его специально для того, чтобы хирургам не пришлось отказываться от своего текущего подхода — они могли просто добавить устройство и увеличить прочность своего восстановления», — отметил Курталиадж.
Курталиай руководил исследованием в качестве доктора философии. студент под руководством доктора.
Ставрос Томопулос и Гай Генин, профессор машиностроения Гарольда и Кэтлин Фаут в Вашингтонском университете в Сент-Луисе, при участии в клиническом внедрении доктора Уильяма Левина, заведующего кафедрой ортопедической хирургии Колледжа врачей и хирургов Колумбийского университета.
«Благодаря тесному сотрудничеству нашей лаборатории с хирургами-ортопедами нам особенно повезло получить вклад от доктора Левина и других хирургов Колумбийского университета на протяжении всего процесса разработки конструкции устройства», — сказал Томопулос.
Исследователи сейчас работают над созданием биоабсорбируемой версии устройства, которая будет разрушаться по мере того, как вращательная манжета заживает обратно в кость, что еще больше повысит ее клиническую применимость.
Они также готовятся к предварительной встрече с FDA, чтобы облегчить вывод своего устройства на рынок.
Рубрика: Наука и Hi-Tech. Читать весь текст на android-robot.com.