Без разрезов: новый метод "молекулярной" хирургии позволит изменять ткани при помощи электричества

Традиционные операции по изменению формы носа или ушей не обходятся без разрезов и как следствие болевых ощущений, длительной реабилитации, а порой и рубцов.

Фото Global Look Press.

Новое нетравматическое вмешательство изменяет кривизну роговицы из состояния а (синяя линия) в состояние b (красная линия), таким образом улучшая зрение пациента.

Иллюстрация Rachel Qu, Anna Stokolosa, Charlotte Cullip.

Медицинские технологии в наши дни развиваются очень активно. Учёные совместно с медиками ищут новые способы решения повседневных задач: совершенствуется роботизированная хирургия, изобретаются новые материалы, способные в перспективе заменить хирургические нити, а 3D-печать становится всё более привычным инструментом в том числе в хирургии и травматологии.

Тем не менее множество рутинных оперативных вмешательств всё ещё требуют длительной и порой болезненной реабилитации, часты и различные послеоперационные осложнения. Недавно команда химиков совместно с врачами занялась проблемой, решение которой может коренным образом изменить одну из самых древних областей медицины — хирургию.

Новый метод нетравматического изменения формы хряща предложили профессор Майкл Хилл (Michael Hill) из Западного колледжа и доктор Брайан Вонг (Brian Wong), профессор Калифорнийского университета в Ирвайне.

Он заключается в том, что с помощью тончайших игл, электрического тока и специальных форм, напечатанных на 3D-принтере, можно придавать хрящевым тканям желаемую конфигурацию без разрезов, наложения швов и длительного послеоперационного восстановления. Новая методика "молекулярной хирургии" пригодится в хирургии эстетической, например, для коррекции формы носа или ушей.

"Новый метод представляется нам недорогой процедурой, которую можно выполнить в поликлинике под местной анестезией. Такое вмешательство заняло бы около пяти минут", — заявляет Майкл Хилл в пресс-релизе.

На сегодняшний день одной из самых современных техник в этой области является использование инфракрасного лазера. Под его воздействием хрящ нагревается, становится податливым и способен менять свою форму. Однако минус этого метода в его дороговизне. Кроме того, нагревание хряща до необходимых температур приводит к его частичному разрушению.

По этой причине доктор Вонг, эксперт в инфракрасной лазерной хирургии, начал искать новый практический подход. В итоге для нагревания хряща он решил использовать электрический ток. Позднее выяснилось, что такой способ действительно позволяет изменять форму тканей, но, что самое любопытное, не благодаря их нагреванию.

Чтобы понять, как же работает новый метод и заодно улучшить его, Вонг обратился к профессору Хиллу.

Учёным уже было известно, что хрящевая ткань состоит из тонких жёстких волокон коллагена, неплотно сплетённых между собой биополимерами. Она содержит отрицательно заряженные белки и положительно заряженные ионы натрия. Хрящи с большей концентрацией заряженных частиц значительно жёстче тех, в которых этих частиц меньше.

Занимаясь исследованием хрящевой ткани, группа химиков под руководством Хилла обнаружила, что электрический ток, пропущенный через хрящ, разлагает содержащуюся в нём воду на кислород и ионы водорода (протоны). Положительный заряд протонов нейтрализует отрицательный заряд белков, уменьшая количество заряженных частиц в ткани, таким образом, делая хрящ более мягким и податливым.

Исследователи провели испытания на лабораторных животных (кроликах). Обычно уши кроликов длинные и прямые. Если попробовать их согнуть, они распрямляются обратно, так же как и уши человека. (Вы тоже сейчас попробовали согнуть своё ухо?)

В рамках эксперимента учёные с помощью специальных фиксаторов закрепляли ухо животного в согнутом положении. Далее на сгиб помещали электроды в виде микроигл и пропускали через ткани электрический ток. Оказалось, что при таком воздействии хрящ уха на месте сгиба слегка размягчался (при этом не разрушаясь). Когда электрическая стимуляция прекращалась, хрящ постепенно восстанавливал свою плотность, принимая новую желаемую форму, которая сохранялась и после удаления фиксатора с уха кролика.

По словам Хилла, чтобы добиться такого же результата традиционными методами, хирургу понадобилось бы делать надрезы на коже, разрезать определённым образом хрящ, потом собирать его, придавая новое положение и накладывать швы. В ряде случаев это может приводить к формированию избыточной рубцовой ткани (так называемых келоидов), а её удаление потребует новых операций. Новая техника молекулярной хирургии позволяет избежать механического повреждения тканей, а значит, безболезненна и не оставляет рубцов.

Методика, предложенная учёными, может найти широкое применение в такой пользующейся высоким спросом области, как пластическая хирургия. Кроме того, она может показать эффективность в исправлении искривлений носовой перегородки (весьма распространённая операция, проводимая ЛОР-врачами).

Учёные также исследовали возможности метода "молекулярной хирургии" и на других типах тканей, содержащих коллаген: сухожилиях и роговице. Как известно, одна из самых распространённых операций в офтальмологии — это лечение близорукости. Для неё характерна избыточная кривизна роговицы, откорректировав которую, можно улучшить зрение человека. Сейчас для этих целей используется лазерная коррекция, однако она может использоваться далеко не всегда (например, если роговица истончена, её форму изменить таким образом не удастся).

Американские специалисты использовали для коррекции специальные контактные линзы, напечатанные на 3D-принтере. На них при помощи специальных чернил были нанесены электроды. В опытах на животных учёные помещали такие линзы на роговицу. Воздействие электрического тока временно размягчало её, а при дальнейшем затвердевании роговица принимала кривизну, заданную линзой.

Новое нетравматическое вмешательство изменяет кривизну роговицы из состояния а (синяя линия) в состояние b (красная линия), таким образом улучшая зрение пациента.

С помощью методов "молекулярной хирургии" можно также попробовать помочь людям с состояниями, которые на сегодняшний день плохо поддаются лечению. Например, после инсульта или при детском церебральном параличе часто возникают ограничения в подвижности суставов (контрактуры). Микроиглы и ток потенциально способны значительно облегчить жизнь таких пациентов.

Конечно, медикам предстоит преодолеть ещё немало препятствий, чтобы альтернатива традиционным методам лечения стала распространённой практикой, но предварительные результаты, полученные в экспериментах, весьма многообещающи.

Известно, что изобретатели уже ищут возможность лицензировать новую технологию оперирования хрящей.

Добавим, что учёные представили результаты своих исследований на весенней конференции Американского химического общества.

Напомним, что ранее авторы "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) уже писали о том, как может выглядеть хирургия будущего, а также рассказывали, как технологии 3D-печати помогут в обучении новых поколений хирургов.

Мы следим за самыми интересными новостями в области новых медицинских технологий. Например, недавно мы узнали о новом слове в диагностике одного из самых опасных для жизни состояний, а также о способе оздоровления всего организма в одно касание.