Spia nell'intestino
I ricercatori dell'ETH di Zurigo e dell'Empa hanno sviluppato un cerotto con funzione di sensore. Può essere utilizzato per chiudere le ferite nella cavità addominale dopo un'operazione. Il cerotto polimerico avverte prima che si verifichino pericolose perdite in corrispondenza delle suture del tratto gastrointestinale.
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In breve
- Un nuovo cerotto chirurgico per le operazioni all'addome non solo chiude la ferita, ma indica anche tempestivamente se si sta formando una perdita.
- Una possibile perdita può essere rilevata con gli ultrasuoni e la tomografia computerizzata.
- Gli scienziati dell'ETH di Zurigo e dell'Empa vogliono ora portare il gesso in clinica.
Sono particolarmente temute dopo un'operazione allo stomaco o all'intestino: perdite in corrispondenza delle suture, dove il contenuto del tratto digestivo fuoriesce nella cavità addominale. "Ancora oggi, queste perdite sono una complicazione pericolosa per la vita", spiega Inge Herrmann, professoressa di sistemi nanoparticolari all'ETH di Zurigo e ricercatrice all'Empa di San Gallo.
L'idea di sigillare i tessuti suturati nella cavità addominale con un cerotto è già arrivata in sala operatoria. Tuttavia, i cerotti utilizzati, fatti di materiale contenente proteine, si dissolvono troppo rapidamente quando entrano in contatto con i succhi digestivi. I ricercatori del gruppo di Herrmann, insieme ad Andrea Schlegel, chirurgo dell'Ospedale universitario di Zurigo, hanno quindi cercato nuove soluzioni.
Negli ultimi anni, gli scienziati hanno sviluppato un cerotto fatto di polimeri che formano un idrogel, cioè in grado di assorbire liquidi. I polimeri si legano al tessuto intestinale e sigillano la ferita. Il cerotto impedisce così che i succhi digestivi acidi e i residui di cibo carichi di germi fuoriescano dal tratto digestivo e causino peritoniti o addirittura avvelenamenti del sangue potenzialmente letali.
Il sensore reagisce ad acidi ed enzimi
I ricercatori hanno fatto un ulteriore passo avanti: "I chirurghi ci hanno detto che, sebbene abbiano una visione chiara del campo operatorio durante un'operazione, per quanto complicata, non appena la cavità addominale viene chiusa, sono 'ciechi' e possono notare le perdite solo quando è troppo tardi", dice Alexandre Anthis, postdoc nel gruppo di Herrmann e co-sviluppatore del cerotto.
"Il progetto del cerotto intestinale sta già suscitando un grande interesse da parte della classe medica".Inge Herrmann
I ricercatori hanno quindi dotato il loro cerotto di sensori non elettronici che indicano prima che i succhi digestivi possano fuoriuscire nella cavità addominale. I sensori sono strutture proteiche o sali incorporati nel cerotto, che reagiscono alle variazioni del valore del pH causate dalla fuoriuscita di succhi gastrici o a determinati enzimi presenti nell'intestino. Quando gli elementi del sensore entrano in contatto con i succhi digestivi, la loro struttura si modifica e i medici possono riconoscerla dall'esterno del corpo utilizzando tecniche di imaging.
Forma appariscente
Come riportano i ricercatori nell'ultimo numero della rivista scientifica pagina esternaScienza avanzata sono riusciti a equipaggiare gli elementi sensoriali in modo tale che la loro reazione possa essere riconosciuta anche con la tomografia computerizzata (TC). Ciò è stato possibile perché gli scienziati hanno utilizzato una combinazione di sali solubili e ossido di tantalio insolubile per modellare gli elementi del sensore in una forma che risalta nell'immagine della TAC. "A contatto con il liquido digestivo, ad esempio, il sensore cambia forma, passando da una superficie rotonda piena a un anello", spiega Benjamin Suter, dottorando del gruppo di Herrmann e primo autore del nuovo studio.
I ricercatori avevano già sviluppato gli elementi del sensore in un articolo pubblicato l'anno scorso, all'epoca senza una funzione di cambiamento di forma. Inoltre, il cambiamento strutturale del gesso dopo una reazione del sensore non poteva ancora essere riconosciuto con la TAC, ma solo con gli ultrasuoni. Ora il cambiamento può essere riconosciuto con entrambi i metodi di imaging.
"Un sensore la cui forma può ora essere chiaramente distinta dalle strutture anatomiche nelle immagini TC e ad ultrasuoni potrebbe evitare ambiguità nella diagnostica in futuro", spiega Herrmann. Il cerotto intestinale potrebbe quindi non solo ridurre il rischio di complicazioni dopo un intervento chirurgico addominale, ma anche abbreviare le degenze ospedaliere e risparmiare sui costi sanitari. "Il progetto del cerotto intestinale sta già suscitando un grande interesse da parte della classe medica", afferma l'ETH. Il compito è ora quello di portare avanti l'applicazione dell'innovazione clinicamente rilevante nella pratica".
Giovani ricercatori premiati
Il team di ricerca sta attualmente fondando la start-up pagina esternaVeltista. Come apertura dell'ETH di Zurigo e dell'Empa, la futura azienda medtech si propone di sviluppare e portare a maturazione sul mercato materiali che contribuiscano a ottimizzare la chiusura delle ferite e a migliorare la guarigione in chirurgia. In questo modo, spera di aiutare a prevenire le temute complicazioni della sepsi o della peritonite. Oltre al "MaP 2022 Award" dell'ETH di Zurigo per la migliore tesi di dottorato nel campo dei "Materiali e processi", Alexandre Anthis ha ricevuto anche una delle ambite borse di studio per pionieri dell'ETH e il premio di ricerca dell'Empa.
Questa è una versione abbreviata e modificata di un articolo di pagina esternaComunicato stampa dell'Empa, scritto da Andrea Six.
Riferimento alla letteratura
Suter B, Anthis AHC, Zehnder AK, Mergen V, Rosendorf J, Gerken LRH, Schlegel AA, Korcakova E, Liska V, Herrmann IK: Surgical Sealant with Integrated ShapeMorphing Dual Modality Ultrasound and Computed Tomography Sensors for Gastric Leak Detection; Advanced Science, 5 giugno 2023, doi: pagina esterna10.1002/advs.202301207