無創「分子外科」用電改變活體組織

新的非侵入性過程可以改變角膜的曲線，從藍色的(A)變成紅色的新位置(B)來解決視力問題。

傳統的整形鼻子或耳朵的手術需要切割和縫合，有時還需要很長的恢復時間和疤痕。但是現在，研究人員已經開發了一種「分子手術」過程，它使用微小的針頭、電流和3D列印模具來快速重塑活體組織，沒有切口、疤痕或恢復時間。這項技術甚至有望成為固定關節的一種方法，或者是雷射眼科手術的一種非侵入性替代方法。

研究人員今天將在美國化學學會(ACS)2019年春季全國會議和博覽會上發表他們的研究結果。

「我們把這項新技術設想為一種在局部麻醉下進行的低成本辦公程序，」該項目的主要調查人員之一邁克爾·希爾(MichaelHill)說，他將在會議上討論這項工作。「整個過程大約需要五分鐘。」

希爾是西方學院的一員，他參與了這個項目，當時加州大學歐文分校的博士布賴恩·黃(Brian Wong)請求幫助開發一種非侵入性的軟骨重塑技術。這種方法對於整容手術很有用，比如讓鼻子更有吸引力。但是，這種方法也可以幫助解決一些問題，如間隔偏曲，或者沒有好的治療方法的情況，如中風或腦癱引起的關節攣縮。在經歷了痛苦的偏隔手術後，希爾明白了病人的經歷，並興奮地參加了一個項目，以制定一個更好的策略。

王已經是一個替代技術的專家使用紅外線雷射加熱軟骨，使其足夠靈活的重塑。希爾說：「問題是，這種技術是昂貴的，很難加熱足夠的軟骨，使其在不殺死組織的情況下具有可塑性。」為了找到一種更實用的方法，王的團隊開始嘗試通過軟骨的電流來加熱它。這種方法確實允許他們重塑組織，但奇怪的是，並不是通過加熱組織。王轉到希爾，以確定新方法是如何工作的，並改進它，以防止組織損傷。

軟骨是由生物聚合物鬆散地編織在一起的膠原纖維組成的。它的結構就像義大利面，它被隨機丟棄在一個櫃檯上，把單個的細絲綁在一起。希爾說：「如果你把它撿起來，這些股不會散開，但它會很鬆軟。」軟骨中還含有帶負電荷的蛋白質和帶正電的鈉離子。這些帶電粒子密度較大的軟骨比電荷密度較低的軟骨更堅硬。

希爾的研究小組發現，流過軟骨的電流會使組織中的水電解，將水轉化為氧氣和氫離子，或質子。質子的正電荷抵消了蛋白質上的負電荷，降低了電荷密度，使軟骨更具可塑性。「一旦組織是軟性的，」他說，「你可以把它塑造成你想要的任何形狀。」

研究小組在一隻兔子身上測試了這種方法，兔子的耳朵通常是直立的。他們用一個模子把一隻耳朵彎曲成所需的新形狀。如果他們在沒有施加電流的情況下去除黴菌，兔子的耳朵就會像人類的耳朵一樣，恢復到原來的直立狀態。但是，通過在彎曲處將微針電極插入耳朵，並在模具到位的情況下通過脈衝電流穿過它們，它們會在彎曲部位短暫軟化軟骨，而不會造成損傷。關閉電流，然後讓軟骨變硬，以其新的形狀，然後模具被移除。

要用傳統的方法來達到這個結果，外科醫生必須切開皮膚和軟骨，然後把碎片粘在一起。這會導致關節處疤痕組織的形成。希爾說，這種疤痕組織有時必須在隨後的手術中切除。通過避免這種對軟骨的機械損傷，分子外科技術不會造成疤痕和疼痛。

研究人員正在與醫療器械公司一起探索軟骨技術的許可方案。他們還在研究其他類型的膠原組織的應用，如肌腱和角膜。例如，在眼睛中，角膜形狀會影響視力，曲率過大會導致近視。在使用這種方法糾正一個人的視力之前，必須克服許多障礙，但是初步的動物實驗已經取得了有希望的結果。研究人員使用3D印表機制作隱形眼鏡。在上面塗上電極後，他們把隱形眼鏡放在眼睛上。施加電流使它們暫時軟化角膜並改變其曲率。

TAG: |