4D-gedruckte Expander könnten die Ergebnisse rekonstruktiver Chirurgie verändern

Di Wang, PhD, und Y. Shrike Zhang, PhD, von der Abteilung für Ingenieurwissenschaften im Mass General Brigham Department of Medicine, sind die Haupt- und leitenden Autoren eines Artikels, der in veröffentlicht wurde Naturbiomedizinische Technik, „4D-gedruckte adaptive Hydrogel-Gewebeexpander für die Ohr- und Brustrekonstruktion.“

F: Welche Herausforderungen oder unerfüllten Bedürfnisse machen diese Studie wichtig?

Die Gewebeexpansion ist eine gängige Technik, die in der rekonstruktiven Chirurgie eingesetzt wird. Chirurgen dehnen die umliegende Haut langsam, um zusätzliches Gewebe zu bilden, das zum Wiederaufbau von Bereichen wie Ohr, Brust oder Nase verwendet werden kann.

Das heute am häufigsten verwendete Gerät ist ein Silikonballon, der über mehrere Wochen oder Monate hinweg nach und nach mit Salzwasser gefüllt wird. Obwohl dieser Ansatz vielen Patienten geholfen hat, hat er auch Nachteile. Die wiederholten Injektionen können schmerzhaft sein und erfordern häufige Besuche in der Klinik. Es können auch Komplikationen wie Blutungen, Geräteverschiebungen oder Probleme mit der Injektionsstelle auftreten. In vielen Fällen benötigen Patienten auch eine zusätzliche Operation, um überschüssige gedehnte Haut zu entfernen.

Forscher haben als Alternative selbstaufblasende Materialien untersucht, aber frühere Versionen dehnten sich zu schnell aus, waren nicht stark genug und konnten nur in einfachen Formen hergestellt werden. Da die Form des Geräts die endgültige Form der gedehnten Haut bestimmt, ist es für Chirurgen nur eingeschränkt möglich, auf die Bedürfnisse eines Patienten einzugehen.

F: Welche zentrale Frage(n) haben Sie untersucht?

Wir wollten sehen, ob ein neuer Typ eines 4D-gedruckten Geräts diese Herausforderungen auf einmal lösen kann.

Diese Geräte werden aus einem speziellen Material hergestellt, das sich im Laufe der Zeit im Körper verändern kann. In diesem Fall dehnt sich das Gerät langsam von selbst aus, ohne dass Injektionen erforderlich sind.

Wir fragten, ob diese Geräte sich ohne Injektionen selbstständig ausdehnen, ihre Form unter Hautspannung beibehalten und an die exakte Anatomie eines Patienten angepasst werden können.

Wir wollten auch wissen, ob sie eine bessere Leistung als aktuelle Geräte erbringen könnten, sowohl hinsichtlich ihrer Wirkungsweise als auch hinsichtlich der Reduzierung von Komplikationen.

F: Welche Methoden oder Ansätze haben Sie verwendet?

Wir haben ein spezielles gelartiges Material entwickelt, dessen Expansionsgeschwindigkeit und Endgröße sorgfältig kontrolliert werden können.

Mit einem lichtbasierten 3D-Druckverfahren haben wir auf der Grundlage echter Patientenscans Geräte in Form eines menschlichen Ohrs oder einer Brust erstellt. Wir haben auch ein Modell erstellt, um vorherzusagen, wie sich jedes Gerät im Laufe der Zeit ausdehnen würde.

Wir haben die Geräte an Kaninchen getestet, einschließlich einer vollständigen Simulation einer Ohrrekonstruktionsoperation. Dazu gehörte, das Gerät zu platzieren, es im Körper auszudehnen, es zu entfernen und dann ein Ohrimplantat einzusetzen.

Wir verglichen unsere Geräte mit Standard-Silikonexpandern, die tägliche Injektionen erfordern, und prüften, wie einfach sie in der Chirurgie anzuwenden waren und welche Komplikationen auftraten.

F: Was haben Sie gefunden?

Die neuen Geräte vergrößerten sich auf das 10- bis 30-fache ihres ursprünglichen Volumens und blieben dabei stark. Die Ausdehnung erfolgte langsam und gleichmäßig, so dass sich die Haut auf natürliche Weise dehnen konnte.

Wir sahen deutliche Anzeichen dafür, dass sich die Haut angepasst hat, darunter eine Vergrößerung der Oberfläche, eine gesunde Ausdünnung der Haut und das Wachstum neuer Blutgefäße.

Im Vergleich zu Standard-Silikonexpandern hatten diese Geräte mehrere Vorteile. Sie erforderten keine wiederholten Injektionen und machten eine zusätzliche Operation zum Entfernen überschüssiger Haut überflüssig. Sie reduzierten außerdem die gesamte Operationszeit und die Schnittgröße und blieben gleichzeitig besser an Ort und Stelle.

F: Was sind die realen Auswirkungen, insbesondere für Patienten?

Diese Geräte können an den Körper jedes Patienten angepasst werden und helfen Chirurgen, präzisere Ergebnisse für Eingriffe wie Ohr- und Brustrekonstruktionen zu erzielen.

Ein großer Vorteil besteht darin, dass Patienten keine wiederholten Injektionen über mehrere Wochen oder Monate hinweg benötigen. Stattdessen wird das Gerät einmal implantiert und dehnt sich dann von selbst aus.

Dies könnte weniger Klinikbesuche, weniger Beschwerden, weniger Operationen und ein geringeres Risiko von Komplikationen bedeuten.

Die Technologie könnte auch für viele Arten rekonstruktiver Eingriffe und möglicherweise für Schönheitsoperationen eingesetzt werden.

Im weiteren Sinne zeigt diese Arbeit, wie der 4D-Druck in der echten medizinischen Versorgung eingesetzt werden könnte und die Tür zu personalisierteren Behandlungen öffnet.

F: Waren Sie von den Ergebnissen überrascht?

Eine unerwartete Erkenntnis war, dass das Gerät kleine Blutungsmengen absorbieren konnte.

Blutungen, sogenannte Hämatome, stellen bei diesen Operationen eine schwerwiegende Komplikation dar, da sie den Druck auf das Gewebe erhöhen und die Durchblutung verringern können, was zu einer Schädigung der Haut führen kann.

Derzeit legen Chirurgen häufig Drainagen an, um überschüssiges Blut zu entfernen. Diese können jedoch das Infektionsrisiko erhöhen.

In unserer Studie absorbierte das Gerät das Blut selbstständig und dehnte sich dabei normal weiter aus. Dies deutet darauf hin, dass es dazu beitragen könnte, eine der häufigsten und schwerwiegendsten Komplikationen zu reduzieren, ohne dass zusätzliche Hilfsmittel wie Drainagen erforderlich sind.

Quellen: