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Um novo dispositivo cirúrgico, inspirado no mecanismo de preensão dos dentes de píton, foi desenvolvido para melhorar a taxa de sucesso das cirurgias do manguito rotador. Esta inovação dos pesquisadores da Universidade de Columbia pode fortalecer significativamente os reparos do tendão ao osso, potencialmente reduzindo pela metade o problema comum de nova ruptura pós-cirurgia.
Universidade Columbia lançou um dispositivo cirúrgico inspirado nos dentes de python que visa fortalecer os reparos do manguito rotador e reduzir a ruptura do tendão, aproveitando a impressão 3D para personalização.
Quando a maioria das pessoas pensa em pítons, elas visualizam a enorme cobra comprimindo e engolindo as vítimas inteiras. Mas você sabia que as pítons inicialmente seguram suas presas com seus dentes afiados e curvados para trás? Os pesquisadores médicos há muito sabem que esses dentes são perfeitos para agarrar tecidos moles em vez de cortá-los, mas ninguém ainda foi capaz de colocar esse conceito em prática cirúrgica.
Ao longo dos anos, imitar esses dentes para uso em cirurgia tem sido um tópico frequente de discussão no laboratório do Dr. Stavros Thomopoulos, professor de ortopedia e engenharia biomédica na Universidade de Columbia.
Avanços na biomimética no reparo do tendão ao osso
Pesquisador líder focado no desenvolvimento e regeneração da ligação tendão-osso, Thomopoulos está particularmente interessado no avanço do reparo tendão-osso, necessário para o reparo do manguito rotador e reconstrução do ligamento cruzado anterior. Em artigo publicado hoje (28 de junho) por Avanços da Ciência, sua equipe relata que desenvolveu um dispositivo inspirado no dente de píton como um complemento ao reparo atual da sutura do manguito rotador e descobriu que ele quase dobrou a resistência do reparo.
“À medida que envelhecemos, mais da metade de nós sofrerá uma ruptura do manguito rotador, causando dor no ombro e diminuição da mobilidade”, disse Thomopoulos, que tem cargos conjuntos na Columbia Engineering e no Vagelos College of Physicians and Surgeons da Columbia como Robert E. Carroll. e Jane Chace Carroll Professora de Biomecânica (em Cirurgia Ortopédica e Engenharia Biomédica).
“A melhor intervenção médica é a cirurgia do manguito rotador, mas uma porcentagem notavelmente alta desses reparos falhará em apenas alguns meses. Nossa abordagem biomimética seguindo o design dos dentes de píton ajuda a reconectar os tendões ao osso com mais segurança. O dispositivo não apenas aumenta a força do reparo, mas também pode ser personalizado para o paciente. Estamos realmente animados com o potencial do nosso dispositivo para melhorar o tratamento de lesões do manguito rotador.”
Esquema do dispositivo inspirado no dente de píton interposto entre o tendão e o osso melhora significativamente o reparo padrão do manguito rotador. Crédito: Iden Kurtaliaj/Columbia Engineering
Desafios e soluções em reparos do manguito rotador
Entre as lesões de tendão mais prevalentes, as rupturas do manguito rotador afetam mais de 17 milhões de pessoas nos Estados Unidos a cada ano. A incidência de lesões aumenta com a idade: mais de 40% da população com mais de 65 anos apresenta ruptura do manguito rotador.
Como as rupturas do manguito rotador geralmente ocorrem no local de inserção do tendão ao osso, o reparo do manguito rotador visa restaurar anatomicamente a inserção do tendão. O reparo cirúrgico é o principal tratamento para restaurar a função do ombro, com mais de 600.000 procedimentos realizados anualmente nos Estados Unidos a um custo de US$ 3 bilhões.
No entanto, reconectar com sucesso o tendão ao osso continua sendo um desafio clínico significativo. Altas taxas de falha ocorrem após a cirurgia, com taxas aumentando com a idade do paciente e a gravidade da ruptura. Essas taxas variam de 20% em pacientes mais jovens com rupturas menores a impressionantes 94% em pacientes idosos com rupturas maciças. A falha mais comum dos reparos do manguito rotador são as suturas que rompem o tendão nos dois ou quatro pontos de preensão onde as forças se concentram.
Embora tenha havido avanços nas técnicas de reparo do manguito rotador nos últimos 20 anos, a abordagem fundamental de costurar dois tecidos juntos permaneceu praticamente inalterada, ainda contando com suturas transferindo tensão em pontos de preensão de alto estresse. Após a cirurgia de reconexão do tendão ao osso, as suturas podem rasgar os tendões nesses pontos de alto estresse, um fenômeno conhecido como “suture pull-through” ou “cheesewiring”, levando à abertura ou ruptura do local do reparo.
“Decidimos ver se poderíamos desenvolver um dispositivo que imitasse o formato dos dentes da píton, que efetivamente agarrasse os tecidos moles sem rompê-los e ajudasse a reduzir o risco de nova ruptura do tendão após o reparo do manguito rotador”, disse Iden Kurtaliaj, principal autor do estudo e ex-aluno de doutorado em engenharia biomédica no laboratório de Thomopoulos.
Dispositivo inovador inspirado em dentes de Python
A ideia original da equipe era copiar o formato dos dentes da píton, mas eles foram muito além, usando simulações, impressão 3D e ex vivo experimentos em cadáveres para explorar a relação entre o formato do dente e a mecânica de preensão vs. corte. Kurtaliaj fabricou uma gama de designs de dentes, dentes individuais otimizados, conjuntos de dentes e, finalmente, um conjunto de dentes específico para o manguito rotador.
O resultado final foi um dispositivo biomimético, feito de uma resina biocompatível – um conjunto de dentes sobre uma base curva – capaz de agarrar, e não cortar, o tendão. Os dentes são relativamente pequenos – 3 mm de altura para um manguito rotador humano, cerca de metade do comprimento de um grampo padrão – de modo que não atravessam o tendão. A base pode ser personalizada por meio de impressão 3D para corresponder à curvatura específica do paciente da cabeça do úmero no local de fixação do tendão supraespinhal (o tendão do manguito rotador mais comumente rompido).
“Nós o projetamos especificamente para que os cirurgiões não precisem abandonar sua abordagem atual — eles podem simplesmente adicionar o dispositivo e aumentar a resistência do reparo”, observou Kurtaliaj.
Pesquisa colaborativa aprimora técnicas cirúrgicas
Kurtaliaj liderou a pesquisa como aluno de doutorado sob a orientação dos Drs. Stavros Thomopoulos e Guy Genin, Professor Harold e Kathleen Faught de Engenharia Mecânica na Universidade de Washington em St. Louis, com contribuição para implementação clínica do Dr. William Levine, Presidente do Departamento de Cirurgia Ortopédica da Faculdade de Médicos e Cirurgiões da Universidade de Columbia.
“Devido à estreita colaboração do nosso laboratório com cirurgiões ortopédicos, tivemos a sorte especial de receber contribuições do Dr. Levine, juntamente com outros cirurgiões da Columbia, durante todo o processo de desenvolvimento do design do dispositivo”, disse Thomopoulos.
Direções Futuras no Reparo Cirúrgico
Os pesquisadores agora estão trabalhando para desenvolver uma versão bioabsorvível do dispositivo que se degradaria conforme o manguito rotador cicatrizasse de volta ao osso, aumentando ainda mais sua aplicabilidade clínica. Eles também estão se preparando para uma reunião de pré-submissão com o FDA para facilitar a transição de seu dispositivo para o mercado.
Referência: “Dispositivo de fixação inspirado no dente Python para reparo aprimorado do manguito rotador” 28 de junho de 2024, Science Advances.
DOI: 10.1126/sciadv.adl5270
Os autores são: Iden Kurtaliaj, Ethan D. Hoppe, Yuxuan Huang, David Ju, Jacob A. Sandler, Donghwan Yoon, Lester J. Smith, Silvio Torres Betancur, Linda Effiong, Thomas Gardner, Liana Tedesco, Sohil Desai, Victor Birman, William N. Levine, Guy M. Genin e Stavros Thomopoulos.