Svejse sår

Spørg alle, der kender til R. Rox Andersons eksperimenter med lasere, og chancerne er, at du kommer til at høre ordene Star og Trek i umiddelbar nærhed. Så igen kunne lavere-teknologiske analogier, såsom skibsværfter eller auto-body shops, også dukke op. Men dette er ikke science fiction, og det er absolut ikke konventionel metalbearbejdning. Anderson arbejder i biologiens verden, og hans mål er at svejse sår til.

Sårsvejsning er en højteknologisk drøm, der snart kan blive en klinisk realitet - hvis den finder den rigtige niche. Anderson, en hudlæge fra Harvard University, som leder et laserforskningslaboratorium ved Massachusetts General Hospital (MGH), mener, at lasere kan erstatte de relativt primitive suturer og hæfteklammer, der nu er udbredt i brug. Vi skal ikke sætte folk sammen igen eller lave kirurgi og flytte rundt på organer, lægge dem derind med små stykker snor og metalstykker, siger han. Det er arkaisk.

Denne historie var en del af vores november 1998-udgave

• Se resten af ​​problemet
• Abonner

Anderson og hans forskerkolleger er ikke de eneste, der er fascineret af potentialet i at svejse kroppens afskårne og skadede væv sammen igen. En håndfuld biomedicinske startups og etablerede laserproducenter arbejder febrilsk på det, og større kirurgiske virksomheder holder nøje øje med fremskridtene. Arbejdet er drevet af de potentielle fordele ved lasersvejsning: hurtigere operationer, færre komplikationer, hurtigere heling. Den hårde kommercielle virkelighed er imidlertid, at for de fleste almindelige procedurer er suturering og hæftning billige og dybt forankrede. Men de seneste fremskridt inden for kirurgi, især inden for det hurtigt voksende område med minimalt invasive procedurer, skaber muligheder, der kan gøre lasersvejsning til en klinisk realitet.

Hidtil har hastværket til praktiske anvendelser overgået den videnskabelige forståelse af, hvad der sker på et biosvejsested. Hvad man ved er, at når laseren opvarmer kanterne af et leje, begynder proteiner der at denaturere eller smelte. Efterhånden som materialet afkøles, størkner det og - hvis alt går planmæssigt - smelter kanterne sammen og efterlader en søm som en svejsning i et metalrør. For at hjælpe denne sammensmeltningsproces tilføjer forskere ofte et proteinbaseret loddemiddel i såret for at forstærke sømmen.

Metoden er attraktiv for kirurger, fordi den for det første i sidste ende kan blive mere standardiseret end suturering, som stadig er mere kunst end videnskab. Hvor langt væk de sætter nålen fra kanten af ​​vævet, hvor langt de sætter en søm fra en anden, hvor stramt de binder knuden eller trækker sømmen mellem knuderne - alt dette er subjektive, og hver kirurg vil gøre dem anderledes, forklarer Dix Poppas, direktør for pædiatrisk urologi, rekonstruktiv og laparoskopisk kirurgi ved New York Hospital-Cornell University Medical Center og en vævssvejsningsforsker. Og mens mekaniske hæftemaskiner tager noget af håndværket ud af at forbinde væv, er de ikke altid praktiske til sarte, uregelmæssige eller meget små strukturer.

I modsætning til suturer eller hæfteklammer tilbyder svejsesår også en vandtæt forsegling til at holde kropsvæsker i, hvilket forhindrer blodtab, infektioner og gentagne operationer. Og lasere efterlader ikke stykker snor og metalstykker, der kan hæmme heling og forårsage betændelse, ardannelse og forsnævring af nyligt reparerede kar.

De første forsøg med laservævssvejsning går næsten 20 år tilbage. I løbet af den tid er lasere dukket op som et uvurderligt værktøj for kirurger til at skære eller ødelægge væv og har for eksempel revolutioneret fjernelse af grå stær. Men med undtagelse af en udbredt laserprocedure til genfastgørelse af nethinden, har svejsning endnu ikke bevist sig selv som den foretrukne metode til vævslukning.

I disse dage føler mange biomedicinske forskere dog, at feltet er ved at nå kritisk masse. Opmuntrende resultater fra laboratorie- og dyreforsøg fortsætter med at hobe sig op, og foreløbige menneskelige undersøgelser har vist svejsningens potentielle nytte ved operationer såsom vasektomivending, gentilknytning af arterie og vene og korrektion af fødselsdefekter i penis. Jeg har gjort det i 16 år, og det plejede at være, at ingen lyttede - nu bliver jeg ringet op hver uge, siger Poppas.

På trods af begejstringen er det fortsat usikkert, om vævssvejsning kan sy en plads i den hårdt konkurrenceprægede kirurgiske branche. For at det kan blive en standard medicinsk teknik, skal læger have adgang til sikre og pålidelige svejseapparater og lodninger. Nogle af disse genstande er nu i kliniske forsøg på mennesker, men de skal stadig bevise sig selv og opnå regulatorisk godkendelse fra Food and Drug Administration. Og de virksomheder, der udvikler produkterne, bliver nødt til at definere og erobre et marked for deres teknologi, der vil give lukrative afkast.

At tage kunsten ud

Et afgørende skridt i at gøre vævssvejsning bredt anvendelig er at bygge letanvendelige lasersystemer, der er sikre og pålidelige i mange kirurgers hænder, ikke kun hos de højt dygtige forskere, der udvikler systemerne. Selvom Poppas og andre kirurger har fået ry som fremragende svejsere, er deres teknik stadig på nogle måder en kunstform. At bedømme, hvornår laseren skal slukkes, er for det første vanskeligt; hvis vævet bliver for varmt vil det brænde, hvis det ikke bliver varmt nok vil svejsningen være svag.

Poppas, der bruger proteinloddemidler, når han svejser, forklarer, at det at se endepunktet af en svejsning giver en masse plads til fejl. Den eneste måde at gøre det på er ved at se på visuelle ændringer, der opstår i loddemetal - når du ser det stivne, når du ser det glimte over, når du ser det boble, når du ser det blive uigennemsigtigt. Det er ekstremt subjektive parametre, og hver kirurg vil have en anden mening om, hvordan en svejsning ser ud.

For at gøre processen konsekvent reproducerbar for den gennemsnitlige kirurg, arbejder Poppas sammen med Danvers, Mass.-baserede Abiomed, for at teste et smartere svejsesystem. Abiomed-metoden anvender en infrarød detektor, der ligner dem, der bruges i øretermometre, til at måle temperaturen på en plet, når laseren opvarmer den. Signalet fra termometeret føres ind i en mikroprocessor, som justerer laserens output for at holde temperaturen inden for et par grader. Systemet, ifølge Robert Stewart, en ledende stabsforsker hos Abiomed, tager kunsten ud af svejsning. Enhver kan indstille en temperatur og svejse, og det vil virke.

I nogle af de ømtålelige operationer, der er målrettet af vævssvejsere - for eksempel dem, der involverer nyfødte og endda fostre før fødslen - kan en sådan pålidelighed være et spørgsmål om liv og død. Mens disse højrisikoapplikationer giver laservævssvejsning en chance for at skinne (suturer ville rive gennem skrøbeligt føtalt væv), fremhæver de også indsatsen, der er involveret i at holde laseren i skak. For at udføre operationerne sikkert har forskere fra Lawrence Livermore National Laboratory i Berkeley, Californien, opfundet et feedback-kontrolleret svejsesystem, og i samarbejde med Conversion Energy Enterprises i Spring Valley, NY, tester holdet muligheden for at bruge det til at forsegle og forbinde nyfødte og føtale blodkar.

Død på

Selvom et pålideligt, brugervenligt lasersystem er vigtigt, mener mange forskere, at blot at bruge en laser til at smelte de proteiner, der findes på sårstedet, ikke kan gøre en forsegling stærk nok til klinisk brug. Så ligesom blikkenslagere og elektrikere har kirurger vendt sig til loddemidler - i dette tilfælde proteiner afledt af animalsk eller menneskeligt væv, der smelter ind i såret og styrker vævsbindingen.

Mens han stadig var medicinstuderende i midten af ​​1980'erne, tilbragte Poppas adskillige frustrerende måneder i laboratoriet med at operere på rotteurethra, ved at bruge en laser alene til at forsegle dem. Jeg blev ved med at se et potentiale der, husker han, men noget var ikke rigtigt. Laseren producerede ikke pålideligt en binding, der var stærk nok til at konkurrere med suturer. Så Poppas begyndte at lege med proteinrige strimler af muskel eller vene, eller bloddråber, som han lagde over det afskårne kar, inden han ramte det med laserlyset. Resultaterne var bedre, men stadig ikke gode nok. Han prøvede derefter rent protein - en forbindelse kaldet albumin, der er rigeligt i blodserum og æggehvider. Jeg blandede det sammen og lagde det på såret og bundede den her ting, og det var utroligt, resultaterne var bare fænomenale, siger han. Faktisk skulle jeg gå til en [Grateful] Dead-koncert den dag, og jeg gik glip af det, fordi jeg blev ved med at lave disse eksperimenter.

Tikkende ur

Med loddevidenskaben størknet og laserteknologien tunet op, er fortalere for vævssvejsning optimistiske. MGH's Anderson tror for det første, at han og hans kolleger er på vej mod en virkelighed, hvor der i sidste ende ville være et hyldevare, brugervenligt system til vævsreparation, der ligner meget, hvad de gør på Star Trek. Men før teknologi og science fiction kan smelte sammen, står vævssvejsning over for en skræmmende udfordring; den skal stadig finde en indledende applikation for at få teknologien på hylden og åbne markedet.

Og uret tikker. Nogle fortalere bekymrer sig om, at hvis svejsning ikke bliver kommercielt levedygtig inden for de næste par år, vil potentielle nicher blive fyldt med en ny generation af biologisk og syntetisk vævslim. Kirurgiske klæbemidler og tætningsmidler - nogle syntetiske fætre til Superglue og andre lavet af biologiske materialer - lover mange af de samme fordele som vævssvejsning. Selvom intet klæbemiddel opfylder alle kriterierne for en ideel vævsforsegling, begynder lim at opnå regulatorisk godkendelse til begrænsede anvendelser såsom lukning af små hudsår eller snit. Og klæbemiddeludviklere arbejder allerede på stærkere og mere biokompatible produkter.

skjule