Daugelis žmonių, galvodami apie pitonus, įsivaizduoja, kaip didžiulė gyvatė sutraukia ir praryja aukas. Bet ar žinojote, kad pitonai iš pradžių laikosi savo grobį aštriais, atgal lenktais dantimis?
Medicinos tyrėjai jau seniai žinojo, kad šie dantys puikiai tinka minkštiesiems audiniams sugriebti, o ne juos pjauti, tačiau niekam dar nepavyko šios koncepcijos pritaikyti chirurginėje praktikoje. Bėgant metams šių dantų mėgdžiojimas chirurginiam naudojimui buvo dažna diskusijų tema Dr. Stavros Thomopoulos, ortopedijos ir biomedicinos inžinerijos profesoriaus iš Kolumbijos universiteto laboratorijoje.
Biomimikrijos raktas į naują tyrimą
Pirmaujantis tyrėjas, daugiausia dėmesio skiriantis sausgyslės prie kaulo tvirtinimo kūrimui ir regeneracijai, Thomopoulos ypač domisi sausgyslės ir kaulo atstatymo pažanga, reikalinga rotatoriaus manžetės taisymui ir priekinio kryžminio raiščio atstatymui.
Straipsnyje, kurį paskelbė Mokslo pažanga, jo komanda praneša, kad jie sukūrė pitono danties įkvėptą prietaisą, papildantį dabartinį rotatoriaus manžetės siūlų taisymą, ir nustatė, kad jis beveik padvigubino taisymo stiprumą.
„Kai mes senstame, daugiau nei pusė mūsų pajus rotatoriaus manžetės plyšimą, dėl kurio atsiranda pečių skausmas ir sumažėjęs judrumas“, – sakė Thomopoulosas, kuris bendradarbiauja Columbia Engineering ir Kolumbijos Vagelos gydytojų ir chirurgų koledže kaip Robertas E. Carrollas. ir Jane Chace Carroll biomechanikos profesorė (ortopedinės chirurgijos ir biomedicinos inžinerijos srityje).
„Geriausia medicininė intervencija yra rotatoriaus manžetės operacija, tačiau nepaprastai didelė dalis šių remonto darbų nepavyks vos per porą mėnesių. Mūsų biomimetinis metodas, vadovaujantis pitono dantų dizainu, padeda saugiau vėl pritvirtinti sausgysles prie kaulų. Prietaisas ne tik padidina. Taisymo stiprumas, bet taip pat gali būti pritaikytas pacientui. Mes tikrai džiaugiamės, kad mūsų prietaisas gali pagerinti rotatoriaus manžetų priežiūrą.
Rotatoriaus manžetės sužalojimai
Vienas iš labiausiai paplitusių sausgyslių sužalojimų, rotatoriaus manžetės plyšimai kasmet paveikia daugiau nei 17 milijonų žmonių Jungtinėse Valstijose. Sužalojimų dažnis didėja su amžiumi: daugiau nei 40% vyresnių nei 65 metų gyventojų patiria rotatoriaus manžetės plyšimą.
Kadangi rotatoriaus manžetės plyšimai paprastai atsiranda sausgyslės į kaulą įvedimo vietoje, rotatoriaus manžetės taisymu siekiama anatomiškai atkurti sausgyslės tvirtinimą. Chirurginis taisymas yra pagrindinis peties funkcijos atkūrimo gydymo būdas – JAV kasmet atliekama daugiau nei 600 000 procedūrų, kainuojančių 3 mlrd.
Tačiau sėkmingas sausgyslės prijungimas prie kaulo išlieka reikšmingu klinikiniu iššūkiu. Didelis nesėkmių skaičius atsiranda po operacijos, o dažnis didėja atsižvelgiant į paciento amžių ir ašarų sunkumą. Šie rodikliai svyruoja nuo 20 % jaunesniems pacientams su nedideliais ašaromis iki stulbinančių 94 % vyresnio amžiaus pacientų, kurių ašaros yra daug. Dažniausias rotatoriaus manžetės remonto gedimas yra siūlės, kurios plyšta per sausgyslę dviejuose ar keturiuose sugriebimo taškuose, kuriuose susikaupia jėgos.
Nors per pastaruosius 20 metų buvo padaryta pažanga rotatoriaus manžetės taisymo technikos srityje, pagrindinis dviejų audinių susiuvimo metodas iš esmės nepasikeitė, vis dar remiamasi siūlais, perkeliančiais įtampą didelio įtempimo taškuose.
Po sausgyslės prie kaulo sujungimo operacijos šiose didelio įtempimo vietose siūlės gali plyšti per sausgysles. Šis reiškinys vadinamas „siuvimo ištraukimu“ arba „sūrio viela“, dėl kurio remonto vieta gali įtrūkti arba plyšti.
„Nusprendėme išsiaiškinti, ar galėtume sukurti prietaisą, imituojantį pitono dantų formą, kuris efektyviai suimtų minkštuosius audinius neplyšdamas ir padėtų sumažinti pakartotinio sausgyslių plyšimo riziką po rotatoriaus manžetės remonto“, – sakė tyrimo autorius Idenas Kurtaliaj. pagrindinis autorius ir buvęs biomedicinos inžinerijos mokslų daktaras. studentas Thomopoulos laboratorijoje.
Įrenginys
Pirminė komandos idėja buvo nukopijuoti pitono dantų formą, tačiau jie nuėjo daug toliau, naudojo modeliavimą, 3D spausdinimą ir ex vivo eksperimentus su lavonais, kad ištirtų ryšį tarp dantų formos ir griebimo bei pjovimo mechanikos.
Kurtaliaj pagamino daugybę dantų dizaino, optimizavo atskirus dantis, dantų masyvus ir galiausiai sukamojo manžeto dantų masyvą. Galutinis rezultatas buvo biomimetinis įtaisas, pagamintas iš biologiškai suderinamos dervos – dantų masyvo ant lenkto pagrindo – galinčio sugriebti, o ne pjauti, sausgyslę.
Dantys yra santykinai maži – 3 mm aukščio žmogaus sukamajai manžetei, maždaug pusė standartinio kabės ilgio, todėl jie neiškištų per sausgyslę. Pagrindą galima pritaikyti naudojant 3D spausdinimą, kad jis atitiktų pacientui būdingą žastikaulio galvos kreivumą supraspinatus sausgyslės tvirtinimo vietoje (dažniausiai plyšta rotatoriaus manžetės sausgyslė).
„Mes jį sukūrėme specialiai taip, kad chirurgams nereikėtų atsisakyti dabartinio požiūrio – jie gali tiesiog pridėti prietaisą ir padidinti remonto stiprumą“, – pažymėjo Kurtaliaj.
Kurtaliajus tyrimams vadovavo kaip mokslų daktaras. studentas, vadovaujamas dr. Stavros Thomopoulos ir Guy Genin, Harold ir Kathleen Faught mechanikos inžinerijos profesoriai Vašingtono universitete Sent Luise, klinikiniam įgyvendinimui prisidėjo dr. William Levine, Kolumbijos universiteto gydytojų ir chirurgų kolegijos Ortopedinės chirurgijos katedros pirmininkas.
„Dėl mūsų laboratorijos glaudaus bendradarbiavimo su ortopedijos chirurgais mums ypač pasisekė, kad viso prietaiso dizaino kūrimo proceso metu gavome daktaro Levino ir kitų Kolumbijos chirurgų indėlį“, – sakė Thomopoulos.
Mokslininkai šiuo metu stengiasi sukurti biologiškai absorbuojamą prietaiso versiją, kuri pablogėtų, kai rotatoriaus manžetė sugytų atgal į kaulą, o tai dar labiau padidintų jo klinikinį pritaikymą. Jie taip pat ruošiasi susitikimui su FDA prieš pateikimą, kad palengvintų jų įrenginio perkėlimą į rinką.