La chirurgia tradizionale per rimodellare un naso o un orecchio comporta il taglio e la sutura, a volte seguito da lunghi tempi di recupero e cicatrici. Ma ora, i ricercatori hanno sviluppato un processo di "chirurgia molecolare" che utilizza minuscoli aghi, corrente elettrica e stampi stampati in 3D per rimodellare rapidamente i tessuti viventi senza incisioni, cicatrici o tempi di recupero. La tecnica mostra anche la promessa come un modo per riparare le articolazioni immobili o come alternativa non invasiva alla chirurgia dell'occhio del laser.

I ricercatori presenteranno oggi i loro risultati all'American Chemical Society (ACS) Spring 2019 National Meeting &Exposition.

"Prevediamo questa nuova tecnica come una procedura ambulatoriale a basso costo eseguita in anestesia locale, "dice Michael Hill, dottorato di ricerca, uno dei principali investigatori del progetto, che discuterà il lavoro durante la riunione. "L'intero processo richiederebbe circa cinque minuti."

Collina, chi è all'Occidental College, è stato coinvolto in questo progetto quando Brian Wong, M.D., dottorato di ricerca, che è all'Università della California, Irvine, ha chiesto aiuto nello sviluppo di una tecnica non invasiva per rimodellare la cartilagine. Tale metodo sarebbe utile per le procedure di chirurgia estetica, come rendere un naso più attraente. Ma il metodo potrebbe anche aiutare a risolvere i problemi, come un setto deviato, o condizioni per le quali non esistono buoni trattamenti, come contratture articolari causate da ictus o paralisi cerebrale. Avendo sofferto lui stesso di un doloroso intervento chirurgico al setto deviato, Hill sa cosa devono affrontare i pazienti, ed era entusiasta di partecipare a un progetto per sviluppare una strategia migliore.

Wong era già un esperto in una tecnica alternativa che utilizza un laser a infrarossi per riscaldare la cartilagine, rendendolo abbastanza flessibile da rimodellare. "Il problema è, quella tecnica è costosa, ed è difficile riscaldare la cartilagine abbastanza da renderla malleabile senza uccidere il tessuto, " dice Hill. Per trovare un approccio più pratico, Il team di Wong ha iniziato a sperimentare il passaggio di corrente attraverso la cartilagine per riscaldarla. Il metodo infatti ha permesso loro di rimodellare i tessuti, ma, curiosamente, non scaldandolo. Wong si è rivolto a Hill per determinare come funzionava il nuovo metodo e per perfezionarlo per prevenire danni ai tessuti.

La cartilagine è costituita da minuscole fibre rigide di collagene intrecciate in modo lasco da biopolimeri. La sua struttura ricorda gli spaghetti gettati a caso su un bancone, con i singoli fili legati insieme con il filo. "Se l'hai raccolto, i fili non cadrebbero a pezzi, ma sarebbe floscio, " Dice Hill. La cartilagine contiene anche proteine ​​​​caricate negativamente e ioni sodio caricati positivamente. La cartilagine con una maggiore densità di queste particelle cariche è più rigida della cartilagine con una densità di carica inferiore.

Il gruppo di Hill ha scoperto che il passaggio di corrente attraverso la cartilagine elettrolizza l'acqua nel tessuto, convertire l'acqua in ossigeno e ioni idrogeno, o protoni. La carica positiva dei protoni annulla la carica negativa sulle proteine, riducendo la densità di carica e rendendo la cartilagine più malleabile. "Una volta che il tessuto è floscio, " lui dice, "puoi modellarlo in qualsiasi forma tu voglia."

Il team ha testato il metodo su un coniglio le cui orecchie normalmente sono dritte. Hanno usato uno stampo per tenere un orecchio piegato nella nuova forma desiderata. Se poi avessero tolto lo stampo senza applicare corrente, l'orecchio del coniglio sarebbe tornato nella sua posizione verticale originale, proprio come farebbe un orecchio umano. Ma inserendo elettrodi a microaghi nell'orecchio in corrispondenza della curvatura e facendo passare corrente attraverso di essi con lo stampo in posizione, hanno ammorbidito brevemente la cartilagine nel sito di piegatura senza danni. Spegnere la corrente ha poi permesso alla cartilagine di indurirsi nella sua nuova forma, dopo di che lo stampo è stato rimosso.

Per ottenere questo risultato con i metodi tradizionali, un chirurgo dovrebbe tagliare la pelle e la cartilagine e poi rimettere insieme i pezzi. Ciò può portare alla formazione di tessuto cicatriziale nell'articolazione. Quel tessuto cicatriziale a volte deve essere rimosso nelle operazioni successive, dice Hill. Evitando questo danno meccanico alla cartilagine, la tecnica di chirurgia molecolare non provoca cicatrici e non provoca dolore.

I ricercatori stanno esplorando le opzioni di licenza per la tecnica della cartilagine con le aziende di dispositivi medici. Stanno anche studiando applicazioni in altri tipi di tessuto collagene, come tendini e cornee. In un occhio, la forma della cornea influisce sulla vista, con troppa curvatura che causa miopia, Per esempio. Molti ostacoli devono essere superati prima che questo metodo possa essere utilizzato per correggere la visione di una persona, ma gli esperimenti preliminari sugli animali hanno avuto risultati promettenti. I ricercatori hanno utilizzato una stampante 3D per realizzare una lente a contatto. Dopo aver dipinto gli elettrodi su di esso, hanno messo la lente a contatto sull'occhio. L'applicazione di corrente ha permesso loro di ammorbidire temporaneamente la cornea e modificarne la curvatura.