Non tutte le ferite possono essere chiuse con ago e filo. I ricercatori dell’Empa hanno ora sviluppato un processo di saldatura con nanoparticelle che fonde delicatamente i tessuti. Si prevede che la tecnica di saldatura prevenga disturbi di guarigione delle ferite e complicazioni potenzialmente letali dovute a perdite di suture.
Il team ha recentemente pubblicato il promettente metodo sulla rivista Small Methods e ha richiesto un brevetto.
Più di 5.000 anni fa, l’umanità ebbe l’idea di suturare una ferita con ago e filo. Da allora questo principio chirurgico non è cambiato molto:a seconda della sensazione del polpastrello dell'operatore e dell'attrezzatura, i tagli o le lacerazioni nel tessuto possono essere riuniti più o meno perfettamente. Una volta che entrambi i lati di una ferita sono ben fissati tra loro, il corpo può iniziare a colmare il divario tissutale in modo permanente in modo naturale.
Tuttavia, la sutura non sempre ottiene ciò che dovrebbe. Nei tessuti molto molli, il filo può tagliare il tessuto e causare ulteriori lesioni. E se la chiusura della ferita non sigilla gli organi interni, le suture permeabili possono rappresentare un problema pericoloso per la vita. I ricercatori dell'Empa e dell'ETH di Zurigo hanno ora trovato il modo di saldare le ferite utilizzando il laser.
La saldatura di solito comporta l'unione di materiali insieme mediante calore tramite un agente legante fondente. Il fatto che questa reazione termica debba rimanere entro limiti ristretti per i materiali biologici e allo stesso tempo la temperatura sia difficile da misurare in modo non invasivo ha rappresentato un problema per l'applicazione dei processi di saldatura in medicina.
Il team guidato da Oscar Cipolato e Inge Herrmann del laboratorio Particles Biology Interactions dell'Empa di San Gallo e del laboratorio di ingegneria dei sistemi di nanoparticelle dell'ETH di Zurigo ha quindi armeggiato con un sistema di chiusura intelligente delle ferite in cui la saldatura laser può essere controllata in modo delicato ed efficiente. A questo scopo, hanno sviluppato un agente legante con nanoparticelle metalliche e ceramiche e hanno utilizzato la nanotermometria per controllare la temperatura.
L'eleganza del nuovo processo di saldatura si basa anche sull'interazione dei due tipi di nanoparticelle nella pasta di legame proteina-gelatina. Mentre la pasta viene irradiata dal laser, le nanoparticelle di nitruro di titanio convertono la luce in calore. Le particelle di vanadato di bismuto appositamente sintetizzate nella pasta, invece, agiscono come minuscoli nanotermometri fluorescenti. Emettono luce di una lunghezza d'onda specifica in modo dipendente dalla temperatura, consentendo una regolazione della temperatura estremamente precisa in tempo reale.
Ciò rende il metodo particolarmente adatto per l'uso nella chirurgia mini-invasiva, poiché non richiede agitazione e determina differenze di temperatura con una risoluzione spaziale estremamente fine nelle ferite superficiali e profonde.
Una volta ottimizzate le condizioni per "iSoldering" (saldatura intelligente) tramite modelli matematici in silico, i ricercatori sono stati in grado di studiare le prestazioni del materiale composito. Insieme ai chirurghi dell'Ospedale universitario di Zurigo, della Cleveland Clinic (USA) e della Charles University ceca, il team è riuscito a ottenere un fissaggio rapido, stabile e biocompatibile delle ferite su organi come il pancreas o il fegato in test di laboratorio con vari campioni di tessuto.
Altrettanto efficace e delicata è stata la sigillatura di pezzi di tessuto particolarmente difficili, come l'uretra, le tube di Falloppio o l'intestino, utilizzando iSoldering. È stata ora depositata una domanda di brevetto per il materiale composito a nanoparticelle.
Ma i ricercatori non si sono fermati qui. Sono riusciti a sostituire la sorgente di luce laser con una luce infrarossa (IR) più delicata. Ciò avvicina ulteriormente la tecnologia di saldatura all’utilizzo negli ospedali. "Se venissero utilizzate lampade IR approvate dal punto di vista medico, l'innovativa tecnologia di saldatura potrebbe essere utilizzata nelle sale operatorie convenzionali senza ulteriori misure di protezione laser", afferma la ricercatrice dell'Empa Inge Herrmann.
Ulteriori informazioni: Oscar Cipolato et al, Saldatura laser intelligente dei tessuti abilitata alla nanotermometria, Piccoli metodi (2023). DOI:10.1002/smtd.202300693
Informazioni sul giornale: Piccoli metodi
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