Новый принцип конструкции может предотвратить отказ катетера при шунтировании мозга

Для медицинских работников, лечащих гидроцефалию – хроническое неврологическое состояние, вызванное аномальным накоплением спинномозговой жидкости (CSF), приводящим к давлению на мозг, – существует ограниченный набор вариантов лечения. Наиболее распространенным является хирургическое размещение медицинского устройства, называемого шунтом, своего рода гибкой трубки, которая помещается в желудочковую систему мозга, направляя поток спинномозговой жидкости из мозга в другие части тела.

Несмотря на свою эффективность, эта операция сопряжена с риском (в конце концов, процедура требует просверливания отверстия в черепе), и частота отказов этих шунтов, несмотря на их спасательные свойства, довольно высока. Врожденная (присутствующая при рождении, включая расщепление позвоночника) или приобретенная (например, в результате черепно-мозговой травмы), гидроцефалия поражает более 1 миллиона американцев, от младенцев и детей старшего возраста до пожилых людей.

Теперь исследователи Массачусетского технологического института опубликовали статью в Journal of the Royal Society Interface.который предлагает и подтверждает новый принцип конструкции катетеров для гидроцефалии, который стремится преодолеть главную проблему в конструкции этих устройств: то, что они регулярно забиваются. Забитый катетер имеет опасные для жизни последствия, особенно для детей, и обычно приводит к экстренной хирургии, повторному открытию заделанных рубцов и возможной необходимости резекции имплантированного катетера из мозга перед установкой нового катетера с последующим необходимым дополнительным заживлением. время. Этот процесс несет в себе риск повреждения тканей мозга и инфекции. Для педиатрических пациентов вероятность отказа катетеров составляет 60%, часто из-за ткани, которая забивает катетеры, что в конечном итоге останавливает отток спинномозговой жидкости от мозга.

Новое исследование фокусируется на потенциальном редизайн шунтов, по словам одного из авторов статьи, Томас Хельдт, доцент электротехники и биомедицинской инженерии в Департаменте электротехники и вычислительной техники и Институтом медицинской техники и науки (IME). Он указывает, что важной частью исследовательского процесса было проведение экспериментов in vitro, подвергающих культуры клеток воздействию сдвигового напряжения жидкости, в дополнение к визуализации микрожидкостных потоков и проведению расчетов и измерений гидродинамики.

«Мы стремимся донести до нас вопрос о том, как наилучшим образом спроектировать геометрию катетера, чтобы оптимизировать работу этого медицинского устройства», – говорит Хелдт. «Это конструктивные параметры, которые могут изменяться таким образом, что на стенки катетера прикладывается минимальное усилие, чтобы гарантировать минимальный риск адгезии клеток в первую очередь».

Лидия Буруиба, старший автор статьи и доцент кафедры гражданского строительства и окружающей среды, машиностроения и IMES, руководящая лабораторией гидродинамики передачи заболеваний, говорит об исследовании: «Новинка заключается в том, что мы использовали взаимосвязь между механическими принципами (то есть здесь гидродинамика) и биологической реакцией и реакцией клеток, чтобы открыть новые пути в принципах разработки этих спасающих жизнь медицинских устройств ».

Наряду с Буруибой и Хельдтом, авторами статьи являются Сонгквон Ли, доктор философии. студент кафедры машиностроения; Николас Квок, доктор медицинских наук, обучающийся по программе Гарвардского технологического института и медицинских наук; и Джеймс Холсэппл, руководитель нейрохирургии Бостонского медицинского центра.

Эти изображения обеспечивают сравнение отделения астроцитов от статической и проточной культур при внезапном высоком напряжении сдвига жидкости. Астроциты, культивированные в условиях длительного сдвигового напряжения жидкости, отделяются от поверхности намного легче по сравнению с астроцитами, культивированными без потока. Этот результат предполагает, что исследователи могут спроектировать катетеры такой формы, чтобы максимально увеличить распределение напряжения сдвига стенки на внутренних поверхностях желудочковых катетеров. Предоставлено: Bourouiba Research Group.
По словам Хелдта, новое исследование может привести к изменению конструкции шунтов, которые будут «поддерживать минимальное напряжение сдвига стенки на достаточно высоком уровне, превышающем пороговое значение, которое мы определили как достаточное для минимизации адгезии и пролиферации клеток. Если мы предотвратим прилипание этих клеток в первую очередь место, мы подрезаем ключевой этап, ответственный за длительное засорение и отказ катетеров головного мозга ».

У Дуайта Меглана, инженера, который является главным техническим специалистом компании HeartLander Surgical, занимающейся медицинским оборудованием, есть дочь Эмма, которой с рождения нужны катетеры для гидроцефалии. Он говорит, что из-за своего опыта работы в качестве инженера он ломал голову над тем, как катетеры могут быть более устойчивыми к отказу, и иногда советовался с Хелдтом по этому поводу. Он говорит, что то, что он находит интересным в новом исследовании, если оно приводит к конструкции нового катетера, так это то, что «оно более фундаментальное, чем некоторые другие исследования, которые я видел, потому что они на самом деле смотрят на это с точки зрения того, что возможно, проблема связана с основной ошибкой конструкции “.

Буруиба говорит, что ранее исследования по предотвращению отказов шунтов часто были сосредоточены на «инженерии поверхности с небольшим практическим применением из-за чувствительного места, в котором используются эти катетеры: головного мозга. Основное беспокойство вызывает долговечность и стабильность химических растворов в длительное использование в мозгу пациента, особенно когда задействован развивающийся мозг ».

В отличие от этого, продолжает она: «В нашей статье использовалась новая комбинация современной визуализации потока и количественной оценки, моделирования гидродинамики в сочетании с экспериментами in vitro, чтобы прийти к новым принципам конструкции этих катетеров, основанным на концепция максимизации минимального напряжения сдвига жидкости, чтобы в первую очередь предотвратить успешное прилипание и слабую пролиферацию клеток на катетере ».

Квок, студент четвертого курса-медика, сказал, что искал исследовательский проект для своей диссертации, когда Хелдт предложил идею исследования катетера гидроцефалии , объединяющую «инженерию и медицину для разработки новых диагностических и терапевтических технологий… и меня это зацепило». Он говорит, что надеется продолжить фундаментальные научные исследования во время резидентуры по внутренним болезням, на которую он подаст заявку осенью, с целью «клинически ориентированных инженерных исследований в качестве практикующего врача, сочетающих уход за пациентами с терапевтическими инновациями».

Эдвард Смит, заведующий кафедрой нейрохирургии им. Р. Майкла Скотта в Бостонской детской больнице, обнадеживает потенциал спасательных достижений, которые могут снизить частоту сбоев в работе шунта. «Данные, представленные в этой рукописи, являются новыми и предлагают другой взгляд на серьезную проблему, с которой обычно сталкиваются врачи», – добавляет он.

Теперь, когда исследователи продемонстрировали экспериментальное подтверждение принципов проектирования, необходимо будет изготовить прототипы и использовать их в клинических испытаниях. Но независимо от того, продвинутся ли исследования и приведут ли они к лучшему функционированию шунтов в будущем, Буруиба говорит, что этот процесс уже оказался полезным. «Было очень интересно получить фундаментальное понимание связи между потоком и конкретным поведением клеток головного мозга, а также использовать это понимание для разработки основанных на гидродинамике и проверенных алгоритмов, определяющих новый принцип конструкции катетеров для гидроцефалии, основанный на присущих им свойствах. связь между физикой и биологией, – говорит она.

услуги нутрициологаАвтор сайта и статей: Наталья Степанова, нутрициолог-психолог, консультант по питанию и коррекции веса. Подробнее обо мне

Я в соц. сетях: Vk, Instagram.

Рейтинг
Еще статьи нутрициолога:
Adblock
detector