Neues Stent-Design könnte die Behandlung von Magenleckagen verbessern

Jedes Jahr unterziehen sich etwa 250.000 Amerikaner einer Schlauchmagenoperation, einer der häufigsten Operationen zur Gewichtsreduktion in den Vereinigten Staaten. Bei den meisten Patienten verläuft die Genesung ereignislos.

Bei einem geringen Anteil – zwischen einem und drei Prozent in Routinefällen und bis zu einem von zehn bei Revisionsoperationen – kann der Eingriff ein Magenleck hinterlassen, bei dem Flüssigkeit aus dem Magen austritt und einen Abszess bildet.

Die Behandlung dieser Lecks kann ein langer Prozess sein. Ärzte verlassen sich in der Regel auf eine endoskopische interne Drainage, bei der ein kleiner Kunststoffschlauch, ein sogenannter Double-Pigtail-Stent, durch die Magenwand eingeführt wird, damit die Flüssigkeit abfließen kann. Die typischerweise verwendeten Geräte sind jedoch für die Gallengänge konzipiert und nicht für die seltsam geformten Hohlräume, die durch Magenlecks entstehen.

Dieses Missverhältnis ist wichtig. Die Stents können verrutschen, langsam entleeren und müssen wiederholt behandelt werden, bevor das Leck behoben wird.

Jetzt sagen Forscher der New York University, dass sie einen besseren Ansatz gefunden haben, indem sie die Form des Stents selbst verändert haben. Ihre Ergebnisse wurden in Advanced Healthcare Materials veröffentlicht.

Ihr Prototyp, der Lily-Stent genannt, ist das erste Produkt eines Designrahmens, den die Forscher PETALS nannten, für Personalized Endoscopic Transmural Abscess Leak Solution, ein mathematischer Ansatz zur Optimierung der Abflussform für komplexe biologische Flüssigkeiten, der nach Angaben des Teams über Magenlecks hinaus auch auf andere Abflussprobleme im Körper angewendet werden könnte.

Mithilfe von Computersimulationen und mathematischen Modellen stellten die Forscher fest, dass Länge und Innendurchmesser am wichtigsten waren, während die gewellten Verankerungsenden nur geringe Auswirkungen auf den Flüssigkeitsfluss hatten. Entgegen der Intuition läuft ein breiterer Schlauch nicht besser ab. Durch die Vergrößerung des Innendurchmessers wird der Spalt um die Außenseite des Stents verkleinert, wo sich der größte Teil der Flüssigkeit tatsächlich bewegt. Das bedeutet, dass die äußere Topographie und nicht das Innenvolumen der Hauptfaktor für die Entwässerungsleistung ist.

Diese Erkenntnis ist die Grundlage des PETALS-Frameworks. Durch die mathematische Optimierung der äußeren Oberflächengeometrie für die Viskosität und den Druck der Magenflüssigkeit gelangte das Team zu seinem neuen Stent, einer sechsteiligen Struktur, die effektivere Wege für die Flüssigkeitsbewegung im Gerät schafft.

Die wichtigste Erkenntnis ist, dass die Geometrie des Rohrquerschnitts, insbesondere der Außenfläche, im Wesentlichen bestimmt, wie schnell sich Flüssigkeit durch und um das Rohr bewegt. Wir stellen es nicht nur aus einem anderen Material her. Wir ändern die Form, damit es besser funktioniert.

Khalil Ramadi, Assistenzprofessor an der NYU Abu Dhabi und der NYU Tandon School of Engineering und leitender Autor der Studie

Wenn die Ergebnisse über das Labor hinaus Bestand haben, könnte sich dies auszahlen. Ungefähr 2.500 Menschen in den Vereinigten Staaten müssen jedes Jahr wegen Magenlecks nach einer bariatrischen Operation behandelt werden. Eine schnellere Drainage könnte die Genesung verkürzen und die Notwendigkeit wiederholter Eingriffe verringern, was sowohl die Belastung der Patienten als auch die Pflegekosten verringert.

Das Gerät befindet sich noch in einem frühen Entwicklungsstadium. Bisher wurde es nur in Simulationen und Tischmodellen getestet. Bevor es der klinischen Anwendung näher kommen kann, sind Tierversuche erforderlich.

Der Lily-Stent erwies sich außerdem als flexibler als das kommerzielle Polyethylengerät, das er ersetzen sollte, eine Eigenschaft, die Chirurgen mit einer besseren Patientenverträglichkeit und geringeren Gewebeschäden in Verbindung bringen. In Kurzzeitstudien an Tieren zeigte das das implantierte Material umgebende Gewebe keinen signifikanten Unterschied zum Gewebe um Standard-Polyethylen, ein früher Indikator für Biokompatibilität.

Die Forscher stellen fest, dass die konstante Querschnittsgeometrie des Lily-Designs eine Herstellung mit herkömmlichen Extrusionsverfahren ermöglichen würde, ohne dass Krankenhäuser in die 3D-Druckinfrastruktur investieren müssten.

„Unsere Arbeit verlagert den Schwerpunkt von der bloßen Platzierung eines Stents hin zur Entwicklung seiner Funktion auf struktureller Ebene“, sagte Parima Phowarasoontorn, wissenschaftliche Mitarbeiterin im Labor von Ramadi an der NYU Abu Dhabi und Erstautorin des Artikels. „Anstelle einfacher Schläuche führen wir Querschnittsdesigns ein, die die Drainage verbessern und gleichzeitig mit bestehenden endoskopischen Verabreichungsverfahren kompatibel bleiben.“

Die Lily-Stentforschung folgt der Ankündigung der CORAL-Kapsel durch Ramadis Labor, einer einnehmbaren Pille, deren korallenähnliche Struktur Bakterien aus dem Dünndarm einfängt und es Forschern ermöglicht, mikrobielle Gemeinschaften zu untersuchen, die zu bestimmten Krankheiten beitragen. Beide Geräte nutzen die Geometrie der Natur, um medizinische Probleme zu lösen, die herkömmliche Werkzeuge nur schwer lösen konnten.

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