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分子手术通过电力重塑生物组织但没有切口

2019-07-29 16:59:00 来源:

重塑鼻子或耳朵的传统手术需要切割和缝合,有时需要长时间的恢复和疤痕。但是现在,研究人员已经开发出一种“分子手术”过程,该过程使用细针,电流和3D打印模具快速重塑生物组织,没有切口,疤痕或恢复时间。该技术甚至显示出作为一种固定不动关节的方法或作为激光眼科手术的非侵入性替代方法的前景。

分子手术通过电力重塑生物组织但没有切口

研究人员将于今天在美国化学学会(ACS)2019年春季全国会议和博览会上展示他们的成果。

“我们将这项新技术设想为在局部麻醉下完成的低成本办公程序,”该项目的主要研究人员之一迈克尔希尔博士说,他将在会上讨论这项工作。“整个过程大约需要五分钟。”

来自西方学院的希尔参与了这个项目,当时位于加州大学欧文分校的Brian Wong医学博士在开发一种重塑软骨的非侵入性技术方面寻求帮助。这种方法对于整容手术程序是有用的,例如使鼻子更具吸引力。但该方法也可以帮助解决问题,例如偏离的隔膜,或者没有良好治疗方法的情况,例如中风或脑瘫引起的关节挛缩。希尔自己经历了疼痛的偏离中隔手术后,了解患者经历了什么,并很高兴能够加入一个项目来制定更好的策略。

Wong已经是一种替代技术的专家,该技术使用红外激光来加热软骨,使其具有足够的柔韧性以重塑形状。“问题是,这种技术很昂贵,并且很难充分加热软骨,因此它可以在不杀死组织的情况下具有延展性,”希尔说。为了找到更实用的方法,Wong的团队开始尝试通过软骨来加热它。该方法确实允许它们重塑组织,但奇怪的是,不是通过加热它。Wong转向希尔确定新方法的工作方式,并对其进行改进以防止组织损伤。

软骨由微小的刚性纤维组成,由生物聚合物松散地编织在一起。它的结构类似于随意倾倒在柜台上的意大利面条,各个股线用线捆在一起。希尔说:“如果你把它捡起来,它们就不会分开,但它会松软。”软骨还含有带负电荷的蛋白质和带正电荷的钠离子。具有较大密度的这些带电粒子的软骨比具有较低电荷密度的软骨更硬。

希尔的研究小组发现,通过软骨的电流可以将组织中的水电解,将水转化为氧气和氢离子或质子。质子的正电荷抵消了蛋白质上的负电荷,降低了电荷密度并使软骨更具有延展性。“一旦纸巾松软,”他说,“你可以将它塑造成你想要的任何形状。”

该团队对一只兔子的耳朵通常直立的兔子进行了测试。他们用一个模具将一只耳朵弯曲成所需的新形状。如果他们在没有施加电流的情况下移除了模具,兔子的耳朵就会弹回原来的直立位置,就像人耳一样。但是,通过在弯曲处将微针电极插入耳朵并在模具就位的情况下使电流通过它们,它们在弯曲部位短暂地软化软化而没有损坏。关闭电流然后允许软骨以其新形状硬化,之后移除模具。

为了通过传统方法实现这一结果,外科医生将不得不切开皮肤和软骨,然后将碎片粘在一起。这可能导致关节处形成瘢痕组织。希尔说,有时必须在随后的手术中切除疤痕组织。通过避免对软骨的这种机械损伤,分子手术技术不会造成疤痕和疼痛。

研究人员正在与医疗器械公司探讨软骨技术的许可方案。他们还在研究其他类型胶原组织的应用,如肌腱和角膜。例如,在眼睛中,角膜形状影响视力,具有过多的曲率导致近视。在使用这种方法纠正一个人的视力之前,必须克服许多障碍,但初步的动物实验已经取得了可喜的成果。研究人员使用3D打印机制作隐形眼镜。在电极上涂上电极后,他们将隐形眼镜放在眼睛上。施加电流允许它们暂时软化角膜并改变其曲率。

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