Revolution in der Roboterchirurgie: MIT-Forscher entwickeln Origami-Pflaster
Falten, einführen, kleben – so einfach könnten bald minimalinvasive Operationen ablaufen. Amerikanische Forscher haben eine Art Pflaster entwickelt, das im Inneren des Körpers dafür verwendet werden könnte, Wunden und Rissen zu schließen. Einsatz soll es bei der sogenannten Roboterchirurgie finden, um sie noch schonender zu gestalten.
Die Form und Falttechnik der Pflaster wurde von Origami inspiriert.
Foto: Felice Frankel / MIT
Minimalinvasive Verfahren gehören zu den großen Fortschritten der Chirurgie. Sie werden auch als Schlüssellochchirurgie bezeichnet, weil die Mediziner durch sehr kleine Schnitte schmale Röhrchen einführen, durch die sie Instrumente und eine Kamera schieben, um dann computergestützt zu operieren – auf einem Bildschirm sehen sie die Bilder der Kamera und können so die Instrumente führen.
Die Vorteile der minimalinvasiven Eingriffe sind offensichtlich: Deutlich kleinere Operationswunden führen zu einer schnelleren Erholung der Patienten, die zudem mit weniger Schmerzen verbunden ist. Allerdings ist diese Operationsmethode natürlich auch mit sehr großen Herausforderungen verbunden. Eine davon ist das Verschließen von inneren Wunden oder kleinen Rissen im Gewebe. Für dieses Problem haben Forscher vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) einen Lösungsansatz entwickelt: ein spezielles medizinisches Pflaster.
Revolution für Computer – MIT-Forscher testen neues Material
Aus der Folie wird ein dehnbares Gel
Bei Pflastern fürs Innere des Körpers stehen Forscher vor der Problematik, dass es nicht so leicht ist, eine geeignete Möglichkeit der Haftung zu entwickeln. Hinzu kommt bei der Schlüssellochchirurgie, dass nur sehr schmale Kanäle zur Verfügung stehen, durch die das Pflaster zur Wunde gebracht werden kann. Dabei darf es unterwegs natürlich nicht hängen bleiben. Als Lösung haben die MIT-Wissenschaftler ein Pflaster entworfen, das – ähnlich wie bei einer Origami-Falttechnik – um ein Instrument gewickelt und auf diese Weise in den Körper eingeführt wird.
Im trockenen Zustand sieht das Pflaster wie eine papierähnliche Folie aus. Sie kann mit dem Instrument durch den Kanal bis zur Wunde geschoben werden. Kommt sie dort mit feuchtem Gewebe oder Organen in Kontakt, verändert sich ihre Konsistenz. Aus der Folie wird ein dehnbares Gel, das an der Wunde haftet. Es widersteht sogar Bakterien und vermischt sich nicht mit Körperflüssigkeiten. Außerdem wird es im Laufe der Zeit vollständig abgebaut.
Weniger Entzündungen und eine dichte Versiegelung
Gegenüber aktuell verfügbaren Bioklebstoffen hätte das neue Produkte einige Vorteile. Diese sind zwar in der Regel ebenfalls biologisch abbaubar, werden jedoch als Flüssigkeit oder Kleber auf das verletze Gewebe aufgetragen und verfestigen sich. Das kann dazu führen, dass die darunter liegenden Gewebe-Oberflächen versteifen, was die Abdichtung behindert. Außerdem mischen sie sich leichter mit Blut und anderen Flüssigkeiten im Körper. Das wiederum kann ihre Haftungsfähigkeit einschränken. Sie können auch weggewaschen werden, bevor die Wunde vollständig verheilt ist. Zudem besteht ein erhöhtes Risiko für Entzündungen und die Bildung von Narbengewebe.
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Die MIT-Wissenschaftler haben ein dreischichtiges Pflaster entwickelt, um die Nachteile der aktuellen Produkte zu vermeiden. Das Herzstück ist die mittlere Schicht. Grundlage ist ein Hydrogel-Material, das mit reaktiven Verbindungen, sogenannten NHS-Estern, versetzt ist. Kommt dieses Material mit einer feuchten Oberfläche in Kontakt, absorbiert es das umgebende Wasser und wird biegsam und dehnbar. Gleichzeitig gehen die Ester im Klebstoff starke chemische (kovalente) Verbindungen mit Atomen auf der Gewebeoberfläche ein. Dadurch entsteht einerseits Halt, andererseits eine dichte Versiegelung.
Schmiermittel und Wasserbarriere als äußere Schichten
Die äußeren Schichten sind dafür gedacht, den speziellen Klebstoff zu schützen. Die untere Schicht besteht aus einem mit Silikonöl beschichteten Material. Das Öl fungiert als eine Art Schmiermittel und sorgt dafür, dass der Klebstoff auf dem Weg zur Wunde nicht woanders kleben bleibt. Am Bestimmungsort wird das Pflaster ans Gewebe gepresst und das Silikonöl regelrecht weggedrückt. Dadurch ist eine Verbindung zwischen Pflaster und Gewebe möglich.
Die oberste Schicht des Pflasters ist ein Elastomerfilm, in den zwitterionische Polymere eingebettet sind, also Molekülketten aus positiven und negativen Ionen. Sie ziehen Wassermoleküle an die Elastomeroberfläche. So entsteht eine Barriere gegen Verunreinigungen. In einer Reihe von Tests konnten die Wissenschaftler bereits zeigen, dass ihr neues Pflaster an tierischen Gewebeproben haftet. Das gelang auch, nachdem es in Behälter mit Flüssigkeit getaucht worden war.
Exakte Anwendung über Roboterchirurgie
Jetzt suchen die Wissenschaftler nach Partnern, um die Anwendung des medizinischen Pflasters auf die Roboterchirurgie zu übertragen. Dabei übernimmt der Computer die Funktion eines Assistenten. Vereinfacht gesagt, behält der Chirurg die Kontrolle, die Bewegungen der Instrumente werden aber über eine Art Fernsteuerung koordiniert. Solche Assistenzsysteme könnten dem Arzt dabei helfen, das Pflaster noch genauer zu platzieren.
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