Per molte pazienti con carcinoma mammario, la strada verso la guarigione può presentare complicazioni nascoste legate alla ricostruzione del seno dopo una mastectomia.
L’inserimento di materiali estranei come le protesi mammarie al silicone può portare al malposizionamento dell’impianto, una condizione che colpisce un numero significativo delle pazienti anche anni dopo l’intervento chirurgico.
Ora, i ricercatori dell’Università della Pennsylvania hanno utilizzato i principi di una tecnica di taglio della carta nota come kirigami per coprire in modo sicuro e più sicuro gli impianti utilizzando anche meno materiale.
La ricerca, pubblicata su Advanced Materials, guidata da Shu Yang della School of Engineering and Applied Science, descrive come sfruttare le pratiche di progettazione kirigami e la modellazione computazionale offra maggiore flessibilità ed espandibilità per fornire ai chirurghi un materiale estensibile più facile da usare che può migliorare avvolgere gli impianti, riducendo così il rischio di malposizionamento.
“Abbiamo preso i materiali che attualmente vengono utilizzati nelle sale operatorie per la ricostruzione del seno e abbiamo affrontato due delle sue principali insidie utilizzando i disegni kirigami”, afferma Yang, autore senior dell’articolo. “La nostra tecnica consente al seno ricostruito di assumere una forma più naturale in modo più sicuro e può ridurre sostanzialmente i costi associati a questi interventi chirurgici”.
Dopo una serie di discussioni con Suhail Kanchwala, chirurgo plastico e Professore di chirurgia presso la Perelman School of Medicine, i ricercatori hanno iniziato a esaminare nuove possibilità per l’attuale materiale di avvolgimento delle protesi mammarie, chiamate matrici dermiche acellulari (ADM). Si tratta di un tipo di rete chirurgica che di solito deriva dalla pelle umana o animale. Le cellule vengono rimosse ma le reti di supporto -proteine strutturali come il collagene, insieme ad altri componenti della matrice extracellulare- rimangono in posizione per facilitare il recupero dell’afflusso di sangue locale e la rigenerazione delle cellule della pelle. A causa della loro assenza di cellule e dell’abbondanza di elementi simili a impalcature, gli ADM hanno guadagnato popolarità per la loro capacità di ridurre al minimo la reazione del sistema immunitario a oggetti estranei e offre un migliore supporto agli impianti.
I ricercatori sospettavano che i fogli ADM potessero essere modificati in un modo unico per affrontare un problema con le protesi mammarie contemporanee.
“Un problema nella ricostruzione del seno è che gli impianti fabbricati sono rotondi, il che non imita efficacemente la forma più simile a una lacrima del seno naturale”, afferma Kanchwala. “Quindi, il nostro progetto voleva trovare un modo per inserire protesi rotonde sotto i fogli ADM in modo da consentire al seno ricostruito di assumere una forma più naturale simile a una lacrima“.
Inoltre, i fogli ADM nelle loro attuali configurazioni non possono avvolgersi in modo conforme attorno agli impianti, in quanto non preservano le curve e gli angoli senza formare grinze o vuoti. Questi possono rendere l’impianto incline a ruotare fuori posto e portare a incidenti di posizionamento errato. La risposta dei produttori a queste limitazioni ha incluso l’introduzione di modelli di fori circolari sui fogli ADM o il taglio di determinate aree seguite da cuciture per coprire una superficie più efficace.
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Yang e il coautore Randall Kamien, Professore presso il Dipartimento di Fisica e Astronomia della School of Arts & Sciences, avevano precedentemente dimostrato che tagli ben posizionati possono trasformare rigide lattine bidimensionali in lattine tridimensionali altamente espandibili e malleabili. geometrie che possono imitare i contorni di strutture complesse come volti umani o catene montuose.
Il principio fondamentale di questa strategia basata sul kirigami è che l’introduzione di questi piccoli tagli divide il materiale in unità rotanti ad alta densità con la libertà di assumere la forma di una struttura multilivello. Ma in quest’ultimo lavoro il team aveva bisogno di creare un modo per emulare il seno, strutture prive della forma fornita da muscolatura e ossa.
“Normalmente quando fai un innesto cutaneo, c’è un muscolo o un osso che guida la riformazione del tessuto”, dice Kamien. “Quindi, superare questa sfida e trovare un modo nuovo e migliorato per ricreare il tessuto dal materiale dell’impalcatura è stato particolarmente entusiasmante”.
Ciò è stato fatto mappando la topografia dell’impianto, in modo simile a come i cartografi tracciano le cime e le valli di un terreno montuoso su una pagina bidimensionale.
I ricercatori hanno iniziato con un modello di seno tridimensionale generato al computer e poi hanno disposto fette orizzontali equidistanti formando strati verticali, o livelli, che hanno usato per guidare le loro linee di contorno. Il team ha quindi analizzato i contorni e generato algoritmi per identificare i siti e gli angoli di incisione ottimali per il loro laser cutter per scolpire il foglio ADM. Questi tagli caratteristici sono ciò che consente al foglio di espandersi e allungarsi in modo sicuro su un impianto.
Il team ha dimostrato con successo questa nuova tecnica basata su kirigami in un’operazione mockup in cui il foglio ADM è stato suturato alla piastra toracica di un manichino chirurgico e l’impianto di silicone è stato incanalato tra il torace e il foglio. I ricercatori sono stati lieti di confermare che il loro metodo utilizza, in media, il 20-40% in meno di materiale, offrendo anche un più alto grado di personalizzazione per quanto riguarda la forma del seno ricostruito. I ricercatori ritengono che, col tempo, questi fogli ADM tagliati in kirigami abbiano la capacità di diventare specifici per il paziente.
“Se la paziente ha un cancro al seno sinistro e una mastectomia sinistra, puoi scansionare il seno destro e ottenere un design kirigami che imiti molto accuratamente il seno naturale di quella paziente”, dice Kanchwala “Non ci siamo ancora, ma le possibilità sono entusiasmanti”.
Fonte:Advanced Materials
