Οι περισσότεροι άνθρωποι, όταν σκέφτονται τους πύθωνες, οραματίζονται το τεράστιο φίδι να συσπάται και να καταπίνει τα θύματά του ολόκληρα. Γνωρίζατε όμως ότι οι πύθωνες αρχικά κρατούν τη λεία τους με τα αιχμηρά, καμπυλωτά προς τα πίσω δόντια τους; Ιατροί ερευνητές γνώριζαν εδώ και καιρό ότι αυτά τα δόντια είναι ιδανικά για να πιάνουν τον μαλακό ιστό αντί να τον κόβουν, αλλά κανείς δεν έχει ακόμη καταφέρει να εφαρμόσει αυτή την ιδέα στη χειρουργική πρακτική και στους τένοντες. Με τα χρόνια, η μίμηση αυτών των δοντιών για χρήση στη χειρουργική ήταν ένα συχνό θέμα συζήτησης στο εργαστήριο του Δρ Σταύρου Θωμόπουλου, καθηγητή ορθοπεδικής και βιοϊατρικής μηχανικής στο Πανεπιστήμιο Columbia.
Βιομιμητικό κλειδί για νέα μελέτη
Κορυφαίος ερευνητής που επικεντρώθηκε στην ανάπτυξη και την αναγέννηση της προσκόλλησης τένοντα προς οστό, ο Θωμόπουλος ενδιαφέρεται ιδιαίτερα για την προώθηση της αποκατάστασης τένοντα προς οστό, απαραίτητη για την αποκατάσταση του στροφικού πετάλου και την αποκατάσταση του πρόσθιου χιαστού συνδέσμου. Σε μια εργασία που δημοσιεύτηκε από το Science Advances, η ομάδα του αναφέρει ότι έχει αναπτύξει μια συσκευή εμπνευσμένη από δόντια πύθωνα ως συμπλήρωμα στην τρέχουσα επιδιόρθωση ραμμάτων περιστροφικού πετάλου και διαπίστωσε ότι σχεδόν διπλασίασε τη δύναμη επισκευής.
«Καθώς μεγαλώνουμε, περισσότεροι από τους μισούς από εμάς θα βιώσουν ένα ρήγμα του στροφικού πετάλου που θα οδηγήσει σε πόνο στον ώμο και μειωμένη κινητικότητα», είπε ο Θωμόπουλος, ο οποίος έχει κοινά ραντεβού στο Columbia Engineering και στο Vagelos College of Physicians and Surgeons της Columbia ως Robert E. Carroll. και Jane Chace Carroll Καθηγήτρια Εμβιομηχανικής (στην Ορθοπαιδική Χειρουργική και τη Βιοϊατρική Μηχανική).
“Η καλύτερη ιατρική παρέμβαση είναι η χειρουργική επέμβαση στροφικού πετάλου, αλλά ένα εξαιρετικά υψηλό ποσοστό αυτών των επισκευών θα αποτύχει μέσα σε μερικούς μήνες. Η βιομιμητική προσέγγισή μας μετά το σχεδιασμό των δοντιών πύθωνα βοηθά στην ασφαλέστερη επανασύνδεση των τενόντων στα οστά. Η συσκευή όχι μόνο αυξάνει η δύναμη της επισκευής, αλλά μπορεί επίσης να προσαρμοστεί στον ασθενή. Είμαστε πραγματικά ενθουσιασμένοι με τις δυνατότητες της συσκευής μας να βελτιώσει τη φροντίδα των τραυματισμών του περιστροφικού πετάλου.
Τραυματισμοί στροφικού πετάλου
Μεταξύ των πιο διαδεδομένων τραυματισμών των τενόντων, οι ρήξεις του στροφικού πετάλου επηρεάζουν περισσότερους από 17 εκατομμύρια ανθρώπους στις Ηνωμένες Πολιτείες κάθε χρόνο. Η συχνότητα του τραυματισμού αυξάνεται με την ηλικία: περισσότερο από το 40% του πληθυσμού άνω των 65 ετών εμφανίζει ρήξη του στροφικού πετάλου.
Επειδή οι ρήξεις του στροφικού πετάλου συμβαίνουν συνήθως στο σημείο εισαγωγής του τένοντα στο οστό, η επισκευή του στροφικού πετάλου στοχεύει στην ανατομική αποκατάσταση της προσκόλλησης του τένοντα. Η χειρουργική αποκατάσταση είναι η κύρια θεραπεία για την αποκατάσταση της λειτουργίας του ώμου, με περισσότερες από 600.000 επεμβάσεις που εκτελούνται ετησίως στις Ηνωμένες Πολιτείες με κόστος 3 δισεκατομμυρίων δολαρίων.
Ωστόσο, η επιτυχής επανασύνδεση του τένοντα στο οστό παραμένει μια σημαντική κλινική πρόκληση. Υψηλά ποσοστά αποτυχίας εμφανίζονται μετά από χειρουργική επέμβαση, με ποσοστά να αυξάνονται με την ηλικία του ασθενούς και τη σοβαρότητα των δακρύων. Αυτά τα ποσοστά κυμαίνονται από 20% σε νεότερους ασθενείς με μικρές ρήξεις έως ένα εκπληκτικό 94% σε ηλικιωμένους ασθενείς με μαζικές δακρύρροιες. Η πιο συνηθισμένη αποτυχία των επισκευών του στροφικού πετάλου είναι τα ράμματα που σχίζουν τον τένοντα στα δύο ή τέσσερα σημεία σύλληψης όπου συγκεντρώνονται οι δυνάμεις.
Ενώ έχουν σημειωθεί πρόοδοι στις τεχνικές επιδιόρθωσης του περιστροφικού πετάλου τα τελευταία 20 χρόνια, η θεμελιώδης προσέγγιση του ράψιμο δύο ιστών μαζί παρέμεινε σε μεγάλο βαθμό αμετάβλητη, συνεχίζοντας να βασίζεται σε ράμματα που μεταφέρουν ένταση σε σημεία σύλληψης υψηλής πίεσης. Μετά από χειρουργική επέμβαση επανασύνδεσης τένοντα σε οστό, τα ράμματα μπορεί να σχίσουν τους τένοντες σε αυτά τα σημεία υψηλής πίεσης, ένα φαινόμενο γνωστό ως “τράβηγμα ράμματος”, που οδηγεί σε διάκενο ή ρήξη του σημείου επισκευής.
«Αποφασίσαμε να δούμε αν θα μπορούσαμε να αναπτύξουμε μια συσκευή που μιμείται το σχήμα των δοντιών του πύθωνα, που θα πιάνει αποτελεσματικά τους μαλακούς ιστούς χωρίς σχίσιμο και θα βοηθά στη μείωση του κινδύνου ρήξης του τένοντα μετά την επισκευή του στροφικού πετάλου», δήλωσε ο Iden Kurtaliaj, ο ερευνητής. επικεφαλής συγγραφέας και πρώην διδάκτωρ βιοϊατρικής μηχανικής. φοιτητής στο εργαστήριο του Θωμόπουλου.
Η συσκευή
Η αρχική ιδέα της ομάδας ήταν να αντιγράψει το σχήμα των δοντιών του πύθωνα, αλλά προχώρησαν πολύ περισσότερο, χρησιμοποιώντας προσομοιώσεις, τρισδιάστατη εκτύπωση και ex vivo πειράματα σε πτώματα για να διερευνήσουν τη σχέση μεταξύ του σχήματος των δοντιών και της μηχανικής σύλληψης έναντι της κοπής. Η Kurtaliaj κατασκεύασε μια σειρά από σχέδια δοντιών, βελτιστοποίησε μεμονωμένα δόντια, σειρές δοντιών και, τέλος, μια σειρά δοντιών ειδικά για τον περιστροφικό πετάλ. Το τελικό αποτέλεσμα ήταν μια βιομιμητική συσκευή, κατασκευασμένη από βιοσυμβατή ρητίνη – μια σειρά από δόντια πάνω από μια καμπύλη βάση – ικανή να πιάσει, όχι να κόψει, τον τένοντα.
Τα δόντια είναι σχετικά μικρά – 3 χιλιοστά σε ύψος για μια ανθρώπινη περιστροφική μανσέτα, περίπου το μισό μήκος ενός τυπικού συνδετήρα – έτσι ώστε να μην τρυπούν μέσα από τον τένοντα. Η βάση μπορεί να προσαρμοστεί μέσω τρισδιάστατης εκτύπωσης για να ταιριάζει με την καμπυλότητα της κεφαλής του βραχιονίου στο σημείο προσάρτησης του υπερακανθίου τένοντα (ο πιο συχνά σχισμένος τένοντας του περιστροφικού πετάλου) για τον ασθενή. “Το σχεδιάσαμε ειδικά έτσι ώστε οι χειρουργοί να μην χρειάζεται να εγκαταλείψουν την τρέχουσα προσέγγισή τους – μπορούν απλά να προσθέσουν τη συσκευή και να αυξήσουν τη δύναμη της επισκευής τους”, σημείωσε ο Kurtaliaj.