SciTechDaily

ניקולס

Python Power: מכשיר חדש בהשראת ביו מכפיל את החוזק של תיקוני שרוול מסובב

מכשיר כירורגי חדש, בהשראת מנגנון האחיזה של שיני פיתון, פותח על מנת לשפר את אחוזי ההצלחה של ניתוחי שרוול מסובבים. חידוש זה של חוקרי אוניברסיטת קולומביה יכול לחזק באופן משמעותי את תיקוני הגיד לעצם, ועלול להפחית בחצי את הבעיה השכיחה של קרע חוזר לאחר הניתוח.

אוניברסיטת קולומביה הציגה מכשיר כירורגי בהשראת פיתון שמטרתו לחזק את תיקוני השרוול המסובב ולהפחית קריעה חוזרת של הגידים, תוך מינוף הדפסת תלת מימד להתאמה אישית.

כאשר רוב האנשים חושבים על פיתונים, הם מדמיינים את הנחש הענק מכווץ ובולע ​​קורבנות בשלמותם. אבל האם ידעת שפיתונים מחזיקים בתחילה בטרף שלהם עם שיניהם החדות המתעקלות לאחור? חוקרים רפואיים כבר מזמן מודעים לכך שהשיניים הללו מושלמות לאחיזה של רקמות רכות במקום לחתוך אותה, אבל אף אחד עדיין לא הצליח ליישם את המושג הזה לתרגול כירורגי.

במהלך השנים, חיקוי שיניים אלה לשימוש בניתוח היה נושא לדיון תדיר במעבדתו של ד"ר סטברוס תומופולוס, פרופסור לאורתופדיה והנדסה ביו-רפואית באוניברסיטת קולומביה.

התקדמות ביומימיקה בתיקון גידים לעצם

חוקר מוביל המתמקד בפיתוח ושיקום של ההתקשרות גיד לעצם, Thomopoulos מתעניין במיוחד בקידום תיקון גיד לעצם, הכרחי לתיקון השרוול המסובב ושחזור הרצועה הצולבת הקדמית. במאמר שפורסם היום (28 ביוני) על ידי התקדמות המדע, הצוות שלו מדווח שהם פיתחו מכשיר בהשראת פיתון כתוסף לתיקון הנוכחי של תפר שרוול מסובב, וגילו שהוא כמעט הכפיל את כוח התיקון.

"ככל שנהיה מבוגרים יותר, יותר ממחציתנו יחוו קרע בשרוול המסובב המוביל לכאבי כתף וירידה בתנועתיות", אמר תומופולוס, בעל פגישות משותפות בקולומביה הנדסה ובמכללת הרופאים והמנתחים של וגלוס בקולומביה בתור רוברט א. קרול. וג'יין צ'ייס קרול פרופסור לביומכניקה (בכירורגיה אורטופדית והנדסה ביו-רפואית).

"ההתערבות הרפואית הטובה ביותר היא ניתוח שרוול מסובב, אך אחוז גבוה להפליא מהתיקונים הללו ייכשל תוך מספר חודשים בלבד. הגישה הביומימטית שלנו בעקבות עיצוב שיני פיתון עוזרת לחבר גידים מחדש לעצם בצורה בטוחה יותר. המכשיר לא רק מגדיל את עוצמת התיקון אלא גם יכול להיות מותאם אישית למטופל. אנחנו ממש נרגשים מהפוטנציאל של המכשיר שלנו לשפר את הטיפול בפציעות שרוול מסובב".

תיקון שרוול מסתובב בהשראת שן פייתון

סכימה של ההתקן בהשראת שן הפיתון המוכנס בין גיד לעצם משפר משמעותית את תיקון השרוול המסובב הסטנדרטי. קרדיט: Iden Kurtaliaj/Columbia Engineering

אתגרים ופתרונות בתיקוני שרוול מסובב

בין פציעות הגידים השכיחות ביותר, קרעים בשרוול המסובב משפיעים על יותר מ-17 מיליון אנשים בארצות הברית מדי שנה. שכיחות הפציעה עולה עם הגיל: יותר מ-40% מהאוכלוסייה מעל גיל 65 חווה קרע בשרוול המסובב.

מכיוון שקרעים של השרוול המסובב מתרחשים בדרך כלל באתר החדרת הגיד לעצם, תיקון השרוול המסובב נועד לשחזר אנטומית את ההיצמדות לגיד. תיקון כירורגי הוא הטיפול העיקרי לשיקום תפקוד הכתף, עם יותר מ-600,000 פרוצדורות המבוצעות מדי שנה בארצות הברית בעלות של 3 מיליארד דולר.

עם זאת, חיבור מוצלח של גיד לעצם נותר אתגר קליני משמעותי. שיעורי כישלון גבוהים מתרחשים בעקבות הניתוח, כאשר השיעורים עולים עם גיל המטופל וחומרת הדמעות. שיעורים אלה נעים בין 20% בחולים צעירים יותר עם קרעים קלים ועד 94% מדהים בחולים קשישים עם קרעים מסיביים. הכשל הנפוץ ביותר בתיקוני שרוול מסובב הוא תפרים הנקרעים דרך הגיד בשתיים או ארבע נקודות האחיזה שבהן מתרכזים הכוחות.

בעוד שחלו התקדמות בטכניקות תיקון השרוול המסובב במהלך 20 השנים האחרונות, הגישה הבסיסית של תפירת שתי רקמות יחד נותרה ללא שינוי, ועדיין מסתמכת על תפרים המעבירים מתח בנקודות אחיזה במתח גבוה. לאחר ניתוח הצמדת גיד לעצם, תפרים עלולים להיקרע דרך הגידים בנקודות אלו של מתח גבוה, תופעה המכונה "משיכת תפר" או "חיווט גבינה", המובילה לפער או קרע באתר התיקון.

"החלטנו לבדוק אם נוכל לפתח מכשיר המחקה את הצורה של שיני פיתון, שייתפוס ביעילות רקמות רכות מבלי להיקרע, ויעזור להפחית את הסיכון לקריעה חוזרת של הגידים לאחר תיקון השרוול המסובב", אמר עידן קורטליאג', המחקר של המחקר. מחבר ראשי ודוקטורנט לשעבר להנדסה ביו-רפואית במעבדה של תומופולוס.

מכשיר חדשני בהשראת שיני Python

הרעיון המקורי של הצוות היה להעתיק את הצורה של שיני פיתון, אבל הם הלכו הרבה יותר רחוק, תוך שימוש בסימולציות, הדפסת תלת מימד ו ex vivo ניסויים על גופות כדי לחקור את הקשר בין צורת השן ואחיזה לעומת מכניקת חיתוך. Kurtaliaj ייצר מגוון של עיצובי שיניים, אופטימיזציה של שיניים בודדות, מערכי שיניים, ולבסוף מערך שיניים ספציפי לשרוול מסובב.

התוצאה הסופית הייתה מכשיר ביומימטי, עשוי שרף ביו-תואם – מערך שיניים על גבי בסיס מעוקל – המסוגל לאחוז, לא לחתוך, גיד. השיניים קטנות יחסית – גובה של 3 מ"מ עבור שרוול מסתובב אנושי, בערך מחצית מהאורך של סיכות סטנדרטית – כך שהן לא יכנסו דרך הגיד. ניתן להתאים אישית את הבסיס באמצעות הדפסת תלת מימד כדי להתאים לעקמומיות הספציפית למטופל של ראש עצם הזרוע באתר החיבור לגיד הסופרספינאטוס (הגיד המסובב הנקרע לרוב).

"תכננו אותו במיוחד כך שהמנתחים לא יצטרכו לנטוש את הגישה הנוכחית שלהם – הם יכולים פשוט להוסיף את המכשיר ולהגביר את עוצמת התיקון שלהם", ציין קורטליאג'.

מחקר שיתופי משפר טכניקות כירורגיות

קורטליאג' הוביל את המחקר כסטודנט לדוקטורט בהנחיית ד"ר. Stavros Thomopoulos וגיא Genin, הרולד וקתלין פרופסור להנדסת מכונות באוניברסיטת וושינגטון בסנט לואיס, עם קלט ליישום קליני מד"ר וויליאם לוין, יו"ר המחלקה לכירורגיה אורטופדית במכללה לרופאים ומנתחים של אוניברסיטת קולומביה.

"בשל שיתוף הפעולה ההדוק של המעבדה שלנו עם מנתחים אורטופדים, התמזל מזלנו לקבל מידע מד"ר לוין, יחד עם מנתחים אחרים בקולומביה, לאורך תהליך הפיתוח של המכשיר", אמר תומופולוס.

כיוונים עתידיים בתיקון כירורגי

החוקרים עובדים כעת על פיתוח גרסה נספגת ביולוגית של המכשיר שתתכלה כאשר השרוול המסובב יתרפא בחזרה לעצם, ותגביר עוד יותר את הישימות הקלינית שלו. הם גם מתכוננים לפגישה לפני הגשה עם ה-FDA כדי להקל על המעבר של המכשיר שלהם לשוק.

המחברים הם: Iden Kurtaliaj, Ethan D. Hoppe, Yuxuan Huang, David Ju, Jacob A. Sandler, Donghwan Yoon, Lester J. Smith, Silvio Torres Betancur, Linda Effiong, Thomas Gardner, Liana Tedesco, Sohil Desai, Victor Birman, William נ' לוין, גיא מ' גנין וסטברוס תומופולוס.

ניקולס