Для многих пациентов с раком молочной железы путь к выздоровлению может представлять скрытые осложнения, связанные с реконструкцией молочной железы после мастэктомии.

Введение инородных материалов, таких как силиконовые грудные имплантаты , может привести к неправильному положению имплантата, состоянию, которое наблюдается у значительного числа пациентов даже спустя годы после операции.

Теперь исследователи из Университета Пенсильвании использовали принципы техники вырезания из бумаги, известной как киригами, чтобы безопасно и более надежно покрыть имплантаты, используя при этом меньше материала.

Исследование, опубликованное в Advanced Materials под руководством Шу Яна из Школы инженерии и прикладных наук, описывает, как использование методов проектирования киригами и вычислительного моделирования обеспечивает повышенную гибкость и расширяемость, чтобы предоставить хирургам более простой в использовании растягиваемый материал, который может лучше оборачивают вокруг имплантатов, тем самым снижая риск неправильного положения.

«Мы взяли материалы, которые в настоящее время используются в операционных для реконструкции груди , и устранили две основные ошибки, используя конструкции киригами», — говорит Ян, старший автор статьи. «Наша методика позволяет реконструированной груди более надежно принять более естественную форму и может существенно снизить затраты, связанные с этими операциями».

После серии дискуссий с Сухаилом Канчвалой, пластическим хирургом и профессором хирургии в Медицинской школе Перельмана, исследователи начали изучать новые возможности современного материала для упаковки грудных имплантатов, называемого бесклеточными дермальными матрицами (ADM). Это разновидность хирургической сетки, которую обычно изготавливают из кожи человека или животного . Клетки удаляются, но поддерживающие сети — структурные белки , такие как коллаген, наряду с другими компонентами внеклеточного матрикса — остаются на месте, чтобы способствовать восстановлению местного кровоснабжения и регенерации клеток кожи. Из-за отсутствия клеток и обилия элементов, подобных каркасам, ADM приобрели популярность благодаря своей способности минимизировать реакцию иммунной системы .имеет посторонние предметы и обеспечивает лучшую поддержку имплантатов.

Исследователи подозревали, что листы ADM могут быть изменены уникальным образом, чтобы решить проблему с современными грудными имплантатами.

«Проблема в реконструкции груди заключается в том, что изготовленные имплантаты имеют круглую форму, что неэффективно имитирует более каплевидную форму естественной груди», — говорит Канчвала. «Итак, наш проект хотел найти способ разместить круглые имплантаты под листами ADM таким образом, чтобы реконструированная грудь могла принять более естественную каплевидную форму».

Кроме того, листы ADM в их нынешних конфигурациях не могут соответствующим образом обернуться вокруг имплантатов, поскольку они не сохраняют изгибы и углы, не образуя складок или пустот. Это может сделать имплантат склонным к вращению со своего места и привести к неправильному расположению. Реакция производителей на эти ограничения заключалась в добавлении круглых отверстий в листы ADM или вырезании определенных областей с последующим сшиванием для эффективного покрытия большей площади поверхности.

Ян и его соавтор Рэндалл Камьен, профессор кафедры физики и астрономии Школы искусств и наук, ранее показали, что правильно расположенные разрезы могут превратить жесткие двумерные плоские листы в легко расширяемые и податливые трехмерные. геометрии, которые могут имитировать контуры сложных структур, таких как человеческие лица или горные хребты.

Основной принцип этой стратегии, основанной на киригами, заключается в том, что введение этих небольших разрезов делит материал на вращающиеся единицы высокой плотности , которые могут принимать форму многоуровневой структуры. Но в этой последней работе команде нужно было создать способ подражать груди, структурам, лишенным формы, обеспечиваемой мускулатурой и костями.

«Обычно, когда вы делаете пересадку кожи, есть мышца или кость, которые направляют преобразование ткани», — говорит Камьен. «Таким образом, преодоление этой проблемы и поиск нового и улучшенного способа воссоздания ткани из материала каркаса было особенно захватывающим».

Это было сделано путем отображения топографии имплантата, подобно тому, как картографы наносят вершины и долины гористой местности на двухмерную страницу.

Исследователи начали с трехмерной компьютерной модели груди, а затем выложили равноудаленные горизонтальные срезы, образующие вертикальные слои или ярусы, которые они использовали для направления своих контурных линий. Затем команда проанализировала контуры и сгенерировала алгоритмы, чтобы определить оптимальные места и углы разреза для их лазерного резака, чтобы вырезать лист ADM. Именно эти характерные вырезы позволяют листу расширяться и надежно натягиваться на имплантат.

Команда успешно продемонстрировала эту новую технику, основанную на киригами, в макете операции, в которой лист ADM был пришит к нагрудной пластине хирургического манекена, а силиконовый имплантат был вставлен между грудной клеткой и листом. Они были рады подтвердить, что их метод использует в среднем на 20–40% меньше материала, а также предлагает более высокую степень индивидуальности в отношении формы реконструированной груди. Исследователи полагают, что со временем эти листы ADM, вырезанные киригами, смогут стать специфичными для пациентов.

«Если у пациентки левосторонний рак молочной железы и левосторонняя мастэктомия, вы можете отсканировать правую грудь и придумать дизайн киригами, который очень точно имитирует натуральную грудь этой пациентки, — говорит Канчвала. пока, но возможности захватывающие».