Svetssår

Fråga alla som känner till R. Rox Andersons experiment med lasrar och chansen är stor att du kommer att höra orden Star och Trek i närheten. Återigen, lågteknologiska analogier, som skeppsvarv eller bilkarosseriverkstäder, kan också dyka upp. Men det här är inte science fiction, och det är absolut inte konventionell metallbearbetning. Anderson arbetar i biologins värld och hans mål är att svetsa igen sår.

Sårsvetsning är en högteknologisk dröm som snart kan bli en klinisk verklighet - om den hittar rätt nisch. Anderson, en hudläkare från Harvard University som leder ett laserforskningslabb vid Massachusetts General Hospital (MGH), tror att lasrar kan ersätta de relativt primitiva suturerna och häftklamrarna som nu används i stor utsträckning. Vi borde inte sätta ihop folk igen eller operera och flytta runt organ, slå in dem där med små snöre och metallbitar, säger han. Det är arkaiskt.

Den här historien var en del av vårt novembernummer 1998

• Se resten av frågan
• Prenumerera

Anderson och hans forskarkollegor är inte de enda som fascineras av potentialen att svetsa ihop kroppens skurna och skadade vävnader. En handfull biomedicinska startups och etablerade lasertillverkare arbetar febrilt med det, och större kirurgiska företag håller noga koll på framstegen. Arbetet drivs av de potentiella fördelarna med lasersvetsning: snabbare operationer, färre komplikationer, snabbare läkning. Den svåra kommersiella verkligheten är dock att för de flesta vanliga procedurer är suturering och häftning billiga och djupt förankrade. Men de senaste framstegen inom kirurgi, särskilt de inom det snabbt växande området med minimalt invasiva procedurer, skapar möjligheter som kan göra lasersvetsning till en klinisk verklighet.

Hittills har brådskan till praktiska tillämpningar överträffat den vetenskapliga förståelsen av vad som händer på en biosvetsplats. Vad som är känt är att när lasern värmer upp kanterna på en hyra, börjar proteiner där att denaturera eller smälta. När materialet svalnar stelnar det och - om allt går enligt plan - smälter kanterna samman och lämnar en söm som en svets i ett metallrör. För att underlätta denna blandningsprocess lägger forskare ofta till ett proteinbaserat lod i såret för att förstärka sömmen.

Metoden är attraktiv för kirurger, för en sak kan den i slutändan bli mer standardiserad än suturering, som fortfarande är mer konst än vetenskap. Hur långt bort de sätter nålen från kanten av vävnaden, hur långt de sätter ett stygn från en annan, hur hårt de knyter knuten eller drar stygnen mellan knutarna - allt detta är subjektivt och varje kirurg kommer att göra dem annorlunda, förklarar Dix Poppas, chef för pediatrisk urologi, rekonstruktiv och laparoskopisk kirurgi vid New York Hospital-Cornell University Medical Center och en vävnadssvetsforskare. Och medan mekaniska häftapparater tar en del av hantverket från att sammanfoga vävnader, är de inte alltid praktiska för ömtåliga, oregelbundna eller mycket små strukturer.

Till skillnad från suturer eller häftklamrar erbjuder svetssår också en vattentät tätning för att hålla kroppsvätskor i, vilket förhindrar blodförlust, infektioner och upprepade operationer. Och lasrar lämnar inte efter sig bitar av snöre och metallbitar som kan hämma läkning och orsaka inflammation, ärrbildning och sammandragning av nyligen reparerade kärl.

De första försöken med laservävnadssvetsning går tillbaka nästan 20 år. Under den tiden har lasrar dykt upp som ett ovärderligt verktyg för kirurger för att skära eller förstöra vävnad och har till exempel revolutionerat borttagningen av grå starr. Men med undantag för en mycket använd laserprocedur för att återfästa en näthinna, har svetsning ännu inte visat sig vara den valda metoden för vävnadsförslutning.

Nuförtiden känner dock många biomedicinska forskare att området når kritisk massa. Uppmuntrande resultat från laboratorie- och djurstudier fortsätter att hopa sig, och preliminära studier på människa har visat svetsningens potentiella användbarhet vid operationer som vasektomireversering, återfästning av artärer och vener och korrigering av fosterskador i penis. Jag har gjort det här i 16 år och det brukade vara så att ingen ens lyssnade – nu ringer jag varje vecka, säger Poppas.

Trots entusiasmen är det fortfarande osäkert om vävnadssvetsning kan sy en plats i den hårt konkurrensutsatta kirurgiska verksamheten. För att det ska bli en standardmedicinsk teknik behöver läkare tillgång till säkra och pålitliga svetsanordningar och lödningar. Några av dessa föremål är nu i kliniska prövningar på människor, men de måste fortfarande bevisa sig själva och få godkännande från Food and Drug Administration. Och företagen som utvecklar produkterna kommer att behöva definiera och fånga en marknad för sin teknologi som kommer att ge lukrativ avkastning.

Att ta ut konsten

Ett avgörande steg för att göra vävnadssvetsning allmänt användbar är att bygga lättanvända lasersystem som är säkra och tillförlitliga i många kirurgers händer, inte bara hos de mycket skickliga forskarna som utvecklar systemen. Även om Poppas och andra kirurger har fått rykte som utmärkta svetsare, är deras teknik fortfarande på något sätt en konstform. Att bedöma när man ska stänga av lasern är för en sak knepigt; om vävnaden blir för varm kommer den att brännas, om den inte blir tillräckligt varm blir svetsen svag.

Poppas, som använder proteinlod när han svetsar, förklarar att ögongloben av ändpunkten för en svets lämnar mycket utrymme för misstag. Det enda sättet att göra det är genom att titta på visuella förändringar som sker i lodet - när du ser det hårdna, när du ser det glittra över, när du ser det bubbla, när du ser det bli ogenomskinligt. Det är extremt subjektiva parametrar, och varje kirurg kommer att ha olika åsikter om hur en svets ser ut.

För att göra processen konsekvent reproducerbar för den genomsnittlige kirurgen, arbetar Poppas med Danvers, Mass.-baserade Abiomed för att testa ett smartare svetssystem. Abiomed-metoden använder en infraröd detektor, liknande de som används i örontermometrar, för att mäta temperaturen på en punkt när lasern värmer den. Signalen från termometern matas in i en mikroprocessor, som justerar laserns uteffekt för att hålla temperaturen inom några få grader. Systemet, enligt Robert Stewart, en ledande stabsforskare vid Abiomed, tar bort konsten att svetsa. Vem som helst kan ställa in en temperatur och svetsa och det kommer att fungera.

I vissa av de känsliga operationer som vävnadssvetsare riktar sig till – till exempel de som involverar nyfödda och till och med foster före födseln – kan sådan tillförlitlighet vara en fråga om liv och död. Även om dessa högriskapplikationer ger laservävnadssvetsning en chans att skina (suturer skulle slita igenom ömtåliga fostervävnader), men de lyfter också fram insatserna som är involverade i att hålla lasern i schack. För att utföra operationerna på ett säkert sätt har forskare från Lawrence Livermore National Laboratory i Berkeley, Kalifornien, uppfunnit ett återkopplingskontrollerat svetssystem, och i samarbete med Conversion Energy Enterprises i Spring Valley, NY, testar teamet möjligheten att använda det för att täta och sammanfoga nyfödda och fostrets blodkärl.

Mitt i prick

Även om ett tillförlitligt, lättanvänt lasersystem är viktigt, tror många forskare att bara använda en laser för att smälta proteinerna som finns på sårplatsen inte kan göra en tätning tillräckligt stark för klinisk användning. Så, precis som rörmokare och elektriker, har kirurger vänt sig till lödningar - i det här fallet proteiner som härrör från djur- eller mänskliga vävnader som smälter in i såret och stärker vävnadsbindningen.

Medan Poppas fortfarande var läkarstudent i mitten av 1980-talet, tillbringade Poppas flera frustrerande månader i labbet med att operera urinrör från råtta, med enbart laser för att försegla dem. Jag såg hela tiden en potential där, minns han, men något stämde inte. Lasern producerade inte tillförlitligt en bindning som var stark nog att konkurrera med suturer. Så Poppas började leka med proteinrika remsor av muskel eller ven, eller bloddroppar som han lade över det avskurna kärlet innan han träffade det med laserljuset. Resultaten var bättre men fortfarande inte tillräckligt bra. Han provade sedan rent protein - en förening som heter albumin som finns rikligt i blodserum och äggvita. Jag blandade ihop det och la det på såret och fäste den här saken och det var otroligt, resultaten var bara fenomenala, säger han. Det var faktiskt meningen att jag skulle gå på en [Grateful] Dead-konsert den dagen och jag missade den eftersom jag fortsatte med de här experimenten.

Tickande klocka

När lödvetenskapen stelnar och lasertekniken håller på att finjusteras är förespråkarna för vävnadssvetsning positiva. MGH:s Anderson, för en, tror att han och hans kollegor är på väg mot en verklighet där det så småningom skulle finnas ett färdigt, användarvänligt system för vävnadsreparation som liknar det de gör på Star Trek. Men innan teknik och science fiction kan smälta samman står vävnadssvetsning inför en skrämmande utmaning; det måste fortfarande hitta en första applikation för att få tekniken på hyllan och öppna upp marknaden.

Och klockan tickar. Vissa förespråkare oroar sig för att om svetsning inte blir kommersiellt gångbar inom de närmaste åren, kommer potentiella nischer att fyllas med en ny generation av biologiska och syntetiska vävnadslim. Kirurgiska lim och tätningsmedel - vissa syntetiskt baserade kusiner till Superglue och andra gjorda av biologiska material - lovar många av samma fördelar som vävnadssvetsning. Även om inget lim uppfyller alla kriterier för ett idealiskt vävnadsförseglingsmedel, börjar lim få myndighetsgodkännande för begränsade tillämpningar som tillslutning av små hudsår eller snitt. Och limutvecklare arbetar redan med starkare och mer biokompatibla produkter.

Dölj