Nowe materiały syntetyczne pozwolą na lepsze szkolenie chirurgów
Według przeprowadzonych dotychczas badań, skuteczność wielu zabiegów chirurgicznych jest bezpośrednio skorelowana z doświadczeniem chirurga. W związku z tym do rangi dużego problemu urasta fakt, że stażyści chirurgiczni nie mają możliwości operowania wystarczającej liczby pacjentów ani wykonywania różnych rodzajów zabiegów. „Obecne metody szkolenia nowych chirurgów wiążą się z ogromną liczbą ograniczeń – brakuje zwłok, na których można przeprowadzać odpowiednie szkolenia, natomiast modele zwierzęce nie mają takiej samej anatomii jak ludzie”, wyjaśnia Antonio Elia Forte, adiunkt na King’s College w Londynie. „Istnieją także pewne wątpliwości, czy doświadczenie zdobyte podczas ćwiczenia na modelach można przenieść bezpośrednio do prawdziwej sali operacyjnej”. Jednym z możliwych rozwiązań tych problemów jest wykorzystanie fantomów – sztucznych modeli 3D ludzkich narządów i części ciała. Jak twierdzi Forte, dużą zaletą fantomów jest to, że pozwalają chirurgom na poznawanie i uczenie się lokalizacji struktur anatomicznych, a także ćwiczenie koordynacji rąk. Ich wadą jest jednak brak typowych cech fizycznych, takich jak deformacja tkanek oraz informacji dotykowych, które zmniejszają dokładność przyswajanych w czasie szkolenia informacji. Dzięki wsparciu finansowanego ze środków Unii Europejskiej projektu ALPHA-STEM, Forte stanął na czele zespołu, którego celem jest popularyzacja wykorzystania fantomów. „Naszym celem jest zaprojektowanie, opracowanie i przetestowanie nowych materiałów syntetycznych, które pozwolą na odwzorowanie zachowań mechanicznych różnych ludzkich narządów i tkanek, co pozwoli na ich zastosowanie w trójwymiarowych modelach anatomicznych”, dodaje Forte.
Postępy w dziedzinie metamateriałów mechanicznych
W ramach projektu zespołowi udało się rozwinąć podstawową wiedzę na temat metamateriałów mechanicznych. Jak wyjaśnia Forte, metamateriały to materiały syntetyczne, których właściwości mechaniczne wynikają z ich struktury, a nie właściwości chemicznych. Do tego rodzaju materiałów należą teselacje, wzory origami i kirigami, a także motywy chiralne i arabskie. Jednym z najważniejszych osiągnięć projektu wspieranego w ramach działania „Maria Skłodowska-Curie” było opracowanie nadmuchiwanego metamateriału kirigami – arkusza kirigami osadzonego w miękkim, nadmuchiwanym polimerze. „Zmieniając parametry geometryczne teselacji kirigami, materiał można nadmuchać, aby w ten sposób uzyskać różne kształty”, wyjaśnia Forte. „Obecnie badamy ten materiał pod kątem możliwości wytwarzania dynamicznych fantomów płuc, które pozwolą na odwzorowanie cyklu oddechowego”. Wyniki prac prowadzonych przez zespół nad metamateriałem kirigami zostały opublikowane w czasopiśmie naukowym „Advanced Materials” – jednym z najważniejszych czasopism poświęconych materiałoznawstwu, a wzmianka o badaniu znalazła się na jego okładce.
W drodze do bezpieczniejszych zabiegów chirurgicznych
Prace projektu ALPHA-STEM przyczyniają się do zwiększenia bezpieczeństwa zabiegów chirurgicznych, torując drogę do opracowania lepszych modeli szkoleniowych dla chirurgów. „Dzięki projektowi udało się znacząco rozszerzyć podstawową wiedzę na temat działania materiałów syntetycznych oraz możliwości zastosowania ich w celu usprawnienia szkolenia chirurgów oraz zwiększenia bezpieczeństwa zabiegów chirurgicznych”, twierdzi Forte. Prace nad projektem przyczyniły się również do rozwoju kariery samego badacza. „Byłem w stanie prowadzić prace na Uniwersytecie Harvarda oraz Politechnice w Mediolanie, gdzie miałem okazję współpracować z naukowcami światowej klasy”, dodaje. „Dzięki temu udało mi się rozwinąć w wyjątkowy sposób. Do końca życia będę wdzięczny Unii Europejskiej za tę wyjątkową szansę”.
Słowa kluczowe
ALPHA-STEM, materiały syntetyczne, modele szkoleniowe dla chirurgów, zabiegi chirurgiczne, fantomy, modele anatomiczne 3D, metamateriały mechaniczne, kirigami, materiałoznawstwo
