Con la ayuda de endoscopios guiados por cámara, los médicos observan dentro de las cavidades del cuerpo para diagnosticar y tratar muchas afecciones diferentes. Solo en los Estados Unidos, se realizan hasta 20 millones de endoscopias en pacientes cada año. Pero incluso para la mayoríausuarios experimentados de endoscopios, los instrumentos pueden resultar muy difíciles de usar de manera efectiva; esto se debe al hecho de que la sangre y otros fluidos corporales oscurecen con bastante frecuencia el lente de la cámara en medio de procedimientos críticos.
Este problema inspiró a un equipo dirigido por Joanna Aizenberg, Amy Smith Berylson, profesora de ciencia de materiales y profesora de química y biología química en la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences SEAS y miembro de la facultad central del Instituto Wysspara Ingeniería Biológicamente Inspirada en la Universidad de Harvard, para diseñar un recubrimiento de superficie transparente para una lente endoscópica que pueda mantener a raya la sangre y otros fluidos sin esfuerzo. La idea se arraigó en conversaciones que Aizenberg tuvo con colaboradores clínicos, quienes rápidamente se lamentaron de la propensión a los endoscopiosquedar nublado a mitad del procedimiento.
Pasando a la cartera de tecnologías SLIPS superficies porosas infundidas con líquido resbaladizo ya inventadas por Aizenberg, se propusieron diseñar un recubrimiento SLIPS especializado que podría evitar que los fluidos corporales bloqueen el campo de visión óptico de los endoscopios guiados por cámara.Los resultados demostrados de su trabajo se publican en línea esta semana en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias PNAS diario
"Muchos médicos de todo el mundo usan los endoscopios para una variedad de procedimientos, e irónicamente, el momento en que ocurre el sangrado y se bloquea el campo óptico también es precisamente cuando los médicos más necesitan ver lo que está sucediendo", dijo Aizenberg, quien estambién el codirector del Instituto Kavli de Ciencia y Tecnología Bionano.
La tecnología SLIPS de Aizenberg crea superficies autolimpiantes resistentes y no humectantes que pueden resistir casi cualquier desafío de suciedad que pueda enfrentar una superficie. Pero para desarrollar la tecnología para el uso endoscópico, el equipo necesitaba adaptar SLIPS específicamente para resistir el duro entorno de uncavidades del cuerpo vivo.
"Además de ser completamente transparente y capaz de cubrir la curvatura de la lente de la cámara de vidrio en el endoscopio, el recubrimiento también debe resistir el contacto constante y la abrasión con tejidos blandos y fluidos corporales corrosivos", dijo Steffi Sunny, un co-primer autor del estudio y estudiante de posgrado en SEAS e investigador en Wyss.
Para lograr esto, el equipo depositó nanopartículas de sílice capa por capa en la lente de una cámara de vidrio del endoscopio. Estas capas de sílice crean una superficie porosa que, a nanoescala, se consideraría "rugosa" y llena de cavernas. Luego funcionalizaron esto "áspera "e infundida con un aceite de silicona de grado médico, rellenando las cavidades porosas y creando una capa líquida de auto-reposición. El resultado final, un recubrimiento completamente biocompatible, puede soportar muchos usos de procedimiento y protocolos de esterilización estándar, y puede serincluso se vuelve a aplicar con aceite de silicona de forma intermitente para mantener su repelencia extrema.
Trabajando con el coautor George Cheng, el equipo probó su endoscopio antiincrustante in vivo, específicamente en broncoscopia. La broncoscopia es uno de los procedimientos más comúnmente realizados en pacientes con afecciones pulmonares patológicas. Cheng, que era becario pulmonar intervencionista en el Programa de Entrenamiento Combinado de Harvard Centro Médico Beth Israel Deaconess y Hospital General de Massachusetts en el momento deEn el estudio, se realizó una broncoscopia con el endoscopio modificado en un cerdo anestesiado para evaluar su efectividad.
"El experimento de prueba de concepto en el pulmón de cerdo funcionó de maravilla", dijo Cheng, quien hoy es Profesor Asistente de Medicina en la División de Pulmonar, Alergia y Cuidados Críticos de la Universidad de Duke ". Muy fácilmente repelió la sangre y la mucosidad y dramáticamentereducido la complejidad del procedimiento "
Los endoscopios convencionales generalmente hacen que el tiempo del procedimiento sea más largo de lo necesario, debido a la necesidad de limpiar y limpiar repetidamente los líquidos que oscurecen el campo óptico. Un endoscopio antiincrustante podría, un día, no solo mejorar la facilidad y precisión de las endoscopias, sino tambiénTambién podría dar lugar a resultados más positivos para los pacientes debido a un tiempo de procedimiento más corto, efectos secundarios significativamente reducidos a menudo asociados con la limpieza de lentes a mitad del procedimiento, menos sedación necesaria y menor tiempo de recuperación.
Los endoscopios recubiertos con SLIPS podrían incluso ampliar nuestra vista a nuevas áreas del cuerpo a las que aún no hemos podido acceder con una cámara. Los endoscopios de hoy en día, que contienen canales de irrigación y succión para eliminar la acumulación del lente a mitad del procedimiento, están limitados en lo pequeños que pueden hacerse debido a esta importante característica de limpieza, pero el recubrimiento súper repelente en la lente podría eliminar la necesidad de un puerto de lavado, lo que llevaría a endoscopios más miniaturizados, lo que permitiría a los médicos alcanzar, observar ytratar las áreas del cuerpo que están fuera del alcance de los endoscopios de tamaños actuales.
Mirando hacia el futuro, el equipo también espera que su recubrimiento de lente resbaladiza pueda tener aplicaciones en otros instrumentos guiados por cámara que operan en entornos hostiles y contaminados y dependan de un campo óptico sin obstrucciones, como la exploración de petróleo, la robótica, la exploración marina, la plomería ysaneamiento y mantenimiento de tuberías de drenaje.
Además de Aizenberg, Sunny y Cheng, otros autores en el nuevo estudio incluyen: Daniel Daniel SEAS; Peter Lo Pulmonar intervencionista en BIDMC; Sebastian Ochoa Pulmonar intervencionista en BIDMC; Caitlin Howell SEAS, Universidadof Maine - Orono, Wyss Institute; Nicolas Vogel Instituto de Tecnología de Partículas y Centro Interdisciplinario para Sistemas de Partículas Funcionales en la Universidad Friedrich-Alexander Erlangen-Nürnberg; y Adnan Majid Pulmonar Intervencionista en BIDMC.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences . Original escrito por Kat J. McAlpine, Instituto Wyss de Ingeniería Biológicamente Inspirada. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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