La strada verso la guarigione per molte pazienti con carcinoma mammario, può presentare complicazioni nascoste legate alla ricostruzione del seno dopo una mastectomia. L’inserimento di materiali estranei come le protesi mammarie al silicone è di gran lunga la chirurgia ricostruttiva più comune, ma gli impianti possono muoversi leggermente e questo effetto, chiamato malposizionamento dell’impianto, colpisce molti pazienti anche anni dopo l’intervento.
I ricercatori dell’Università della Pennsylvania nello studio pubblicato nella rivista Advanced Materials, hanno detto che il kirigami potrebbe aiutare a coprire gli impianti in modo più sicuro e protetto, utilizzando anche meno materiale. Kirigami è una variante dell’origami, l’arte giapponese di piegare la carta, nel kirigami, tagli la carta e la pieghi, non è esattamente il tipo di approccio che ti aspetteresti quando si tratta di chirurgia ricostruttiva del seno.
Shu Yang, della School of Engineering and Applied Science, ritiene che i progetti kirigami possano essere sfruttati per migliorare questo tipo di chirurgia, ha affermato:
«Abbiamo preso i materiali che attualmente sono utilizzati nelle sale operatorie per la ricostruzione del seno, abbiamo affrontato due delle sue principali insidie utilizzando i design kirigami. La nostra tecnica consente al seno ricostruito di assumere una forma più naturale in modo più sicuro, può ridurre sostanzialmente i costi associati a questi interventi chirurgici».
Shu Yang si è confrontato più volte con Suhail Kanchwala, chirurgo plastico e professore di chirurgia presso la stessa università, poi ha iniziato a esplorare nuove possibilità per il materiale di rivestimento delle protesi mammarie chiamato Matrici dermiche acellulari (ADM), si tratta di un tipo di rete chirurgica che di solito deriva dalla pelle umana o animale. Le cellule vengono rimosse ma le reti di supporto – proteine strutturali come il collagene, insieme ad altri componenti della matrice extracellulare – rimangono in posizione per facilitare il recupero dell’afflusso di sangue locale e la rigenerazione delle cellule della pelle.
Gli ADM funzionano essenzialmente come impalcature, creando una matrice affinché i componenti rimangano al loro posto, sono popolari perché riducono al minimo la reazione del sistema immunitario agli oggetti estranei, ma ci sono anche dei limiti con questo tipo di scaffold. I design attuali non possono avvolgere gli impianti senza formare pieghe o vuoti. I produttori hanno cercato di aggirare questi effetti tagliando o cucendo, ma per la maggior parte i problemi permangono.
Shu Yang ha mostrato, con l’aiuto di modelli computerizzati, che esistono metodi migliori per produrre ADM, utilizzando design ispirati al kirigami.
Suhail Kanchwala ha affermato:
«Un problema nella ricostruzione del seno è che gli impianti fabbricati sono rotondi, il che non imita efficacemente la forma dei seni naturali più simile a una lacrima, quindi, il nostro progetto è nato per trovare un modo per inserire protesi rotonde sotto la matrice dermica acellulare (ADM) e consentire al seno ricostruito di assumere una forma più naturale simile a una lacrima».
Shu Yang non è la prima volta che lavora su questo tipo di approccio geometrico, insieme a Randall Kamien, ha precedentemente dimostrato che i tagli ben posizionati possono trasformare materiali 2D rigidi in materiali 3D altamente espandibili e flessibili che imitano i contorni di strutture complesse. Ora, i due ricercatori hanno trovato un’applicazione pratica per questo metodo, ciò è stato fatto mappando la topografia dell’impianto, in modo simile a come i cartografi tracciano le vette e le valli di un terreno montuoso su una pagina bidimensionale.
Randall Kamien ha detto:
«Non è un compito facile, normalmente quando si esegue un innesto cutaneo, c’è un muscolo o un osso che guida la riformazione del tessuto, quindi, è stato particolarmente entusiasmante superare questa sfida nel trovare un nuovo sistema per ricreare il tessuto dal materiale dell’impalcatura».
Shu Yang e Randall Kamien hanno utilizzato un approccio algoritmico per progettare un contorno che per il materiale fornisse la desiderata topografia simile al seno. Hanno iniziato con un modello 3D generato al computer, poi hanno disposto le porzioni che formavano diversi strati, utilizzando l’algoritmo per ottimizzare le posizioni e gli angoli, alla fine, hanno ottenuto un risultato ottimale che è stato utilizzato in un’operazione simulata (vedi video).
I ricercatori sono stati lieti di confermare che il loro metodo, per quanto riguarda la forma del seno ricostruito, in media utilizza il 20-40% di materiale, offrendo anche un più alto grado di personalizzazione. Ritengono che, col tempo, queste Matrici dermiche acellulari (ADM) tagliate in kirigami abbiano la capacità di diventare specifiche per il paziente.
Randall Kamien in conclusione ha detto:
«La paziente se ha un cancro al seno sinistro e una mastectomia sinistra, è possibile scansionare il seno destro e ottenere un design kirigami che imiti accuratamente il seno naturale di quella paziente, possibilità davvero entusiasmanti».
