Inte alla sår kan stängas med nål och tråd. Empa-forskare har nu utvecklat en lödningsprocess med nanopartiklar som varsamt smälter samman vävnad. Lödtekniken förväntas förhindra sårläkningsstörningar och livshotande komplikationer från läckande suturer.
Teamet publicerade nyligen den lovande metoden i tidskriften Small Methods och ansökte om patent.
För någon gång för mer än 5 000 år sedan kom mänskligheten på idén att sy ett sår med nål och tråd. Sedan dess har denna kirurgiska princip inte förändrats mycket:Beroende på fingertoppskänslan hos den som utför operationen och utrustningen kan skärsår eller revor i vävnaden sammanfogas mer eller mindre perfekt. När båda sidorna av ett sår väl är fixerade till varandra kan kroppen börja stänga vävnadsgapet permanent på ett naturligt sätt.
Suturen uppnår dock inte alltid vad den ska. I mycket mjuka vävnader kan tråden skära igenom vävnaden och orsaka ytterligare skador. Och om sårförslutningen inte tätar på inre organ kan permeabla suturer utgöra ett livshotande problem. Forskare vid Empa och ETH Zürich har nu hittat ett sätt att löda sår med hjälp av laser.
Lödning innebär vanligtvis att material sammanfogas med hjälp av värme via ett smältande bindemedel. Det faktum att denna termiska reaktion måste hålla sig inom snäva gränser för biologiska material och samtidigt att temperaturen är svår att mäta på ett icke-invasivt sätt har varit ett problem för tillämpningen av lödprocesser inom medicinen.
Teamet under ledning av Oscar Cipolato och Inge Herrmann från Particles Biology Interactions-laboratoriet vid Empa i St. Gallen och Nanoparticle Systems Engineering Laboratory vid ETH Zürich pysslade därför med ett smart sårförslutningssystem där laserlödning kan kontrolleras skonsamt och effektivt. För detta ändamål utvecklade de ett bindemedel med metalliska och keramiska nanopartiklar och använde nanotermometri för att kontrollera temperaturen.
Elegansen i den nya lödprocessen är också baserad på interaktionen mellan de två typerna av nanopartiklar i bindningsprotein-gelatinpastan. Medan pastan bestrålas med laser, omvandlar nanopartiklar av titannitrid ljuset till värme. De speciellt syntetiserade vismutvanadatpartiklarna i pastan fungerar å andra sidan som små fluorescerande nanotermometrar. De avger ljus med en specifik våglängd på ett temperaturberoende sätt, vilket möjliggör extremt exakt temperaturreglering i realtid.
Detta gör metoden särskilt lämpad för användning vid minimalinvasiv kirurgi, eftersom den inte kräver omrörning och bestämmer temperaturskillnader med extremt fin rumslig upplösning i ytliga och djupa sår.
När teamet hade optimerat förutsättningarna för "iSoldering" (intelligent lödning) via matematisk modellering i silico, kunde forskarna undersöka kompositmaterialets prestanda. Tillsammans med kirurger från universitetssjukhuset Zürich, Cleveland Clinic (USA) och det tjeckiska Charles University, uppnådde teamet snabb, stabil och biokompatibel bindning av sår på organ som bukspottkörteln eller levern i laboratorietester med olika vävnadsprover.
Lika framgångsrik och skonsam var förseglingen av särskilt utmanande vävnadsbitar, såsom urinröret, äggledaren eller tarmen, med hjälp av iSoldering. En patentansökan har nu lämnats in för nanopartikelkompositmaterialet.
Men forskarna stannade inte där. De lyckades ersätta laserljuskällan med skonsammare infrarött (IR) ljus. Detta tar lödtekniken ytterligare ett steg närmare att användas på sjukhus. "Om medicinskt godkända IR-lampor användes skulle den innovativa lödtekniken kunna användas i konventionella operationssalar utan ytterligare laserskyddsåtgärder", säger Empa-forskaren Inge Herrmann.
Mer information: Oscar Cipolato et al., Nanothermometry-Enabled Intelligent Laser Tissue Soldering, Små metoder (2023). DOI:10.1002/smtd.202300693
Journalinformation: Små metoder
Tillhandahålls av Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology
