Laswonden

Vraag aan iedereen die iets weet over R. Rox Andersons experimenten met lasers en de kans is groot dat je de woorden Star en Trek in de buurt zult horen. Aan de andere kant kunnen ook minder technische analogieën, zoals scheepswerven of carrosseriebedrijven, in je opkomen. Maar dit is geen sciencefiction, en het is zeker geen conventionele metaalbewerking. Anderson werkt in de wereld van de biologie en zijn doel is om wonden te dichten.

Wondlassen is een hightech-droom die binnenkort een klinische realiteit kan worden als het de juiste niche vindt. Anderson, een dermatoloog van de universiteit van Harvard die aan het hoofd staat van een laseronderzoekslaboratorium in het Massachusetts General Hospital (MGH), denkt dat lasers de relatief primitieve hechtingen en nietjes die nu wijdverbreid worden gebruikt, kunnen verdringen. We zouden mensen niet weer bij elkaar moeten zetten of operaties moeten doen en organen moeten verplaatsen, en ze daar met kleine stukjes touw en brokken metaal moeten vastspijkeren, zegt hij. Het is archaïsch.

Dit verhaal maakte deel uit van ons nummer van november 1998

• Zie de rest van het nummer
• Abonneren

Anderson en zijn onderzoekscollega's zijn niet de enigen die geïntrigeerd zijn door het potentieel om de gesneden en gewonde weefsels van het lichaam weer aan elkaar te lassen. Een handvol biomedische startups en gevestigde laserfabrikanten werken er koortsachtig aan, en grotere chirurgische bedrijven houden de voortgang nauwlettend in de gaten. Het werk wordt gedreven door de potentiële voordelen van laserlassen: snellere operaties, minder complicaties, snellere genezing. De harde commerciële realiteit is echter dat hechten en nieten voor de meeste gebruikelijke procedures goedkoop en diepgeworteld zijn. Maar recente ontwikkelingen in de chirurgie, vooral die op het snelgroeiende gebied van minimaal invasieve procedures, creëren kansen die laserlassen tot een klinische realiteit kunnen maken.

Tot dusverre heeft de haast naar praktische toepassingen het wetenschappelijke begrip van wat er gebeurt op een biolaslocatie overtroffen. Wat wel bekend is, is dat wanneer de laser de randen van een scheur verwarmt, eiwitten daar beginnen te denatureren of te smelten. Terwijl het materiaal afkoelt, stolt het en - als alles volgens plan verloopt - vallen de randen samen, waardoor een naad ontstaat als een las in een metalen buis. Om dit meldingsproces te vergemakkelijken, voegen onderzoekers vaak een op eiwitten gebaseerd soldeersel in de wond toe om de naad te versterken.

De methode is aantrekkelijk voor chirurgen, onder meer omdat ze uiteindelijk meer gestandaardiseerd zou kunnen worden dan hechten, wat nog steeds meer kunst dan wetenschap is. Hoe ver ze de naald van de rand van het weefsel plaatsen, hoe ver ze de ene steek van de andere steken, hoe strak ze de knoop maken of de steek tussen de knopen trekken - dat is allemaal subjectief en elke chirurg zal ze anders doen, legt uit Dix Poppas, directeur van pediatrische urologie, reconstructieve en laparoscopische chirurgie in het New York Hospital-Cornell University Medical Center en een weefsellasonderzoeker. En hoewel mechanische nietmachines een deel van het ambacht uit het verbinden van weefsels halen, zijn ze niet altijd praktisch voor delicate, onregelmatige of zeer kleine structuren.

In tegenstelling tot hechtingen of nietjes, bieden laswonden ook een waterdichte afdichting om lichaamsvloeistoffen vast te houden, waardoor bloedverlies, infecties en herhaalde operaties worden voorkomen. En lasers laten geen stukjes touw en stukjes metaal achter die de genezing kunnen belemmeren en ontstekingen, littekens en vernauwing van nieuw gerepareerde bloedvaten kunnen veroorzaken.

De eerste pogingen tot laserweefsellassen dateren van bijna 20 jaar geleden. In die tijd zijn lasers naar voren gekomen als een hulpmiddel van onschatbare waarde voor chirurgen voor het snijden of vernietigen van weefsel en hebben ze bijvoorbeeld een revolutie teweeggebracht in het verwijderen van staar. Maar met uitzondering van een veelgebruikte laserprocedure voor het opnieuw bevestigen van een netvlies, moet lassen zich nog bewijzen als de voorkeursmethode voor weefselafsluiting.

Tegenwoordig hebben veel biomedische onderzoekers echter het gevoel dat het veld een kritische massa bereikt. Bemoedigende resultaten van laboratorium- en dierstudies blijven zich opstapelen, en voorlopige studies bij mensen hebben het potentiële nut van lassen aangetoond bij operaties zoals het omkeren van vasectomie, het opnieuw bevestigen van slagaders en aders en het corrigeren van geboorteafwijkingen van de penis. Ik doe dit al 16 jaar en vroeger luisterde er niemand. Nu word ik elke week gebeld, zegt Poppas.

Ondanks het enthousiasme blijft het onzeker of weefsellassen een plek kan veroveren in de zeer competitieve chirurgische sector. Om het een standaard medische techniek te laten worden, hebben artsen toegang nodig tot veilige en betrouwbare kant-en-klare lasapparaten en soldeer. Sommige van deze items bevinden zich nu in klinische proeven bij mensen, maar ze moeten zich nog bewijzen en de regelgevende goedkeuring krijgen van de Food and Drug Administration. En de bedrijven die de producten ontwikkelen, moeten een markt voor hun technologie definiëren en veroveren die een lucratief rendement oplevert.

De kunst eruit halen

Een cruciale stap om weefsellassen breed toepasbaar te maken, is het bouwen van gebruiksvriendelijke lasersystemen die veilig en betrouwbaar zijn in de handen van veel chirurgen, niet alleen in de handen van de hoogopgeleide onderzoekers die de systemen ontwikkelen. Hoewel Poppas en andere chirurgen een reputatie hebben opgebouwd als uitstekende lassers, is hun techniek in zekere zin nog steeds een kunstvorm. Het is bijvoorbeeld lastig om te beoordelen wanneer de laser moet worden uitgeschakeld; als het weefsel te heet wordt, zal het verbranden, als het niet heet genoeg wordt, zal de las zwak zijn.

Poppas, die bij het lassen proteïnesoldeer gebruikt, legt uit dat het bekijken van het eindpunt van een las veel ruimte laat voor fouten. De enige manier om dit te doen is door te kijken naar visuele veranderingen die optreden in het soldeer - wanneer je het ziet uitharden, wanneer je het ziet glinsteren, wanneer je het ziet borrelen, wanneer je het ondoorzichtig ziet worden. Dat zijn uiterst subjectieve parameters, en elke chirurg zal een andere mening hebben over hoe een las eruitziet.

Om het proces consistent reproduceerbaar te maken voor de gemiddelde chirurg, werkt Poppas samen met Danvers, Mass.-based Abiomed om een ​​slimmer lassysteem te testen. De Abiomed-benadering maakt gebruik van een infrarooddetector, vergelijkbaar met die in oorthermometers, om de temperatuur van een plek te meten terwijl de laser deze verwarmt. Het signaal van de thermometer wordt ingevoerd in een microprocessor, die de output van de laser aanpast om de temperatuur binnen een paar graden te houden. Volgens Robert Stewart, hoofdwetenschapper bij Abiomed, haalt het systeem de kunst uit het lassen. Iedereen kan een temperatuur instellen en lassen en het zal werken.

Bij sommige van de delicate operaties waarop weefsellassers zich richten, bijvoorbeeld die waarbij pasgeborenen en zelfs foetussen vóór de geboorte betrokken zijn, kan een dergelijke betrouwbaarheid een kwestie van leven of dood zijn. Hoewel deze risicovolle toepassingen laserweefsellassen een kans geven om te glanzen (hechtingen zouden door kwetsbare foetale weefsels scheuren), benadrukken ze ook de inzet die nodig is om de laser onder controle te houden. Om de operaties veilig uit te voeren, hebben onderzoekers van het Lawrence Livermore National Laboratory in Berkeley, Californië, een door feedback gestuurd lassysteem uitgevonden, en in samenwerking met Conversion Energy Enterprises van Spring Valley, NY, test het team de haalbaarheid van het gebruik ervan om verzegelen en verbinden pasgeboren en foetale bloedvaten.

Dood op

Hoewel een betrouwbaar, gebruiksvriendelijk lasersysteem essentieel is, zijn veel onderzoekers van mening dat het eenvoudigweg gebruik van een laser om de eiwitten die op de plaats van de wond worden gevonden te smelten, geen afdichting sterk genoeg kan maken voor klinisch gebruik. Dus, net als loodgieters en elektriciens, hebben chirurgen zich tot soldeer gewend - in dit geval eiwitten die zijn afgeleid van dierlijke of menselijke weefsels die in de wond smelten en de weefselbinding versterken.

Terwijl hij halverwege de jaren tachtig nog een medische student was, bracht Poppas enkele frustrerende maanden door in het laboratorium, waarbij hij de urinebuis van ratten opereerde, waarbij hij alleen een laser gebruikte om ze af te sluiten. Ik zag daar steeds een potentieel, herinnert hij zich, maar er klopte iets niet. De laser produceerde niet op betrouwbare wijze een binding die sterk genoeg was om te concurreren met hechtingen. Dus begon Poppas te spelen met eiwitrijke reepjes spier of ader, of druppels bloed die hij over het afgesneden vat legde voordat hij er met het laserlicht op sloeg. De resultaten waren beter, maar nog niet goed genoeg. Vervolgens probeerde hij pure proteïne, een verbinding genaamd albumine die overvloedig aanwezig is in bloedserum en eiwitten. Ik heb het door elkaar gehaald en op de wond gelegd en dit ding gehecht en het was ongelooflijk, de resultaten waren gewoon fenomenaal, zegt hij. Eigenlijk zou ik die dag naar een [Grateful] Dead-concert gaan en ik heb het gemist omdat ik deze experimenten bleef doen.

Tikkende klok

Nu de soldeerwetenschap stolt en de lasertechnologie wordt aangepast, zijn voorstanders van weefsellassen optimistisch. Anderson van MGH gelooft bijvoorbeeld dat hij en zijn collega's op weg zijn naar een realiteit waar er uiteindelijk een kant-en-klaar, gebruiksvriendelijk systeem voor weefselherstel zou zijn dat veel lijkt op wat ze doen in Star Trek. Maar voordat technologie en sciencefiction kunnen versmelten, staat weefsellassen voor een enorme uitdaging; het moet nog een eerste toepassing vinden om de technologie op de plank te krijgen en de markt te openen.

En de klok tikt. Sommige voorstanders vrezen dat als lassen de komende jaren niet commercieel haalbaar wordt, potentiële niches zullen worden opgevuld door een nieuwe generatie biologische en synthetische weefsellijmen. Chirurgische lijmen en afdichtingsmiddelen - sommige synthetische neven van Superglue en andere gemaakt van biologische materialen - beloven veel van dezelfde voordelen als weefsellassen. Hoewel geen enkele lijm voldoet aan alle criteria voor een ideale weefselafdichting, beginnen lijmen wettelijke goedkeuring te krijgen voor beperkte toepassingen, zoals het sluiten van kleine huidwonden of incisies. En lijmontwikkelaars werken al aan sterkere en meer biocompatibele producten.

zich verstoppen