Блог

Oct 30, 2023

Сверхбыстрый лазерный хирургический зонд для сабвуфера

Scientific Reports, том 12, номер статьи: 20554 (2022) Цитировать эту статью 1048 Доступов 3 Цитирования 2 Подробности об альтметрических метриках Создание субэпителиальных пустот внутри рубцовых голосовых связок посредством

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 20554 (2022) Цитировать эту статью

1048 доступов

3 цитаты

2 Альтметрика

Подробности о метриках

Создание субэпителиальных пустот внутри рубцовых голосовых складок с помощью сверхбыстрой лазерной абляции может помочь в локализации инъекционных терапевтических биоматериалов для улучшения лечения рубцов на голосовых складках. Для точной абляции поверхностных тканей было разработано несколько сверхбыстрых лазерных хирургических датчиков; однако этим зондам не хватает жесткой фокусировки луча, необходимой для подповерхностной абляции в сильно рассеивающих тканях, таких как голосовые связки. Здесь мы представляем миниатюрный сверхбыстрый лазерный хирургический зонд, предназначенный для выполнения субэпителиальной абляции голосовых складок. Требование высокой числовой апертуры для подповерхностной абляции в дополнение к небольшому форм-фактору и архитектуре бокового излучения, необходимой для клинического использования, обусловило сложную оптическую конструкцию. Полое фотонно-кристаллическое волокно Kagome с ингибированной связью направляло ультракороткие импульсы уровня микроджоулей от волоконного лазера с высокой частотой повторения к специально изготовленному миниатюрному объективу, создавая радиус фокального луча 1/e2 1,12 ± 0,10 мкм и охватывая 46 × × Площадь сканирования 46 мкм2. Зонд мог доставлять импульсы мощностью до 3,8 мкДж на поверхность ткани с эффективностью передачи 40% через всю систему, обеспечивая значительно более высокие потоки энергии в фокальной плоскости, чем требовались для субэпителиальной абляции. Чтобы оценить эффективность хирургического вмешательства, мы провели исследования абляции на свежевырезанных полугортанях свиней и обнаружили, что субэпителиальные пустоты большой площади могут быть созданы внутри голосовых связок путем механического перемещения кончика зонда по поверхности ткани с использованием внешних этапов. Наконец, инъекция модельного биоматериала в пустоту размером 1 × 2 мм2, созданную на глубине 114 ± 30 мкм под поверхностью эпителия голосовых складок, показала улучшенную локализацию по сравнению с прямой инъекцией в ткань без пустот, что позволяет предположить, что наш зонд может быть полезен для пре- клиническая оценка инъекционных терапевтических биоматериалов для лечения рубцов голосовых складок. Благодаря будущим разработкам представленная здесь хирургическая система может позволить лечить рубцы голосовых складок в клинических условиях.

Рубцевание голосовых складок (VF) является основной причиной нарушений голоса1,2. Рубцевание ФЖ, как нежелательное последствие хирургического иссечения поражений ФЖ, может привести к тяжелой дисфонии и отрицательно повлиять на качество жизни3,4. В настоящее время не существует эффективного лечения хронически рубцового VF5. Собственная пластинка, субэпителиальный слой ткани, состоящий в основном из волокон коллагена, эластина и ретикулина, в значительной степени отвечает за феномен вибрации ФЖ и очень чувствительна к образованию рубцов. Многие биоматериалы на основе гидрогеля были разработаны для восстановления рубцовой ФЖ6,7,8,9, однако неоптимальная локализация приводит к плохой повторяемости лечения10,11,12,13,14. Проблемы возникают во время инъекции в поверхностную собственную пластинку (SLP), поскольку инъецируемый биоматериал имеет тенденцию проникать вокруг, а не в жесткую рубцовую ткань. Таким образом, существует потребность в методе точной локализации биоматериалов внутри рубцовой SLP, избегая при этом образования дополнительных рубцов.

Процесс сверхбыстрой лазерной абляции основан на быстром многофотонном поглощении в фокальной плоскости, что приводит к удержанию энергии в субфокальном объеме и минимальному термическому повреждению окружающих тканей15,16,17,18. Такая высокая степень пространственного и температурного ограничения позволяет точно удалять материал внутри объемных тканей. Чтобы решить проблемы рубцевания ФЖ, наша группа предложила метод лечения, при котором пространство для инъекции биоматериала создается внутри SLP посредством сверхбыстрой лазерной абляции19,20,21. Используя настольный микроскоп, оснащенный объективом с числовой апертурой (NA) 0,75 и фемтосекундным волоконным лазером с высокой частотой повторения, Hoy et al. продемонстрировали образование субэпителиальных пустот в иссеченной ФЖ свиньи на глубине ~ 100 мкм под эпителиальной поверхностью19, что находится в пределах SLP, учитывая, что толщина эпителия ФЖ человека, собаки и свиньи обычно составляет 50–80 мкм22,23. Дальнейшие исследования ex vivo, проведенные Hoy et al. продемонстрировали инъекцию модельного биоматериала в аблированные пустоты, образовавшиеся в иссеченных рубцовых защечных мешках хомяка20. Авторы показали, что инъекция модельного биоматериала (ПЭГ30) в пустоты значительно снижает обратный ток и улучшает локализацию по сравнению с инъекцией биоматериала только в рубцовую ткань. Совсем недавно Габай и др. продемонстрировали долгосрочное удержание PEG30 в субэпителиальных пустотах, созданных на модели защечного мешка хомяка с рубцами in vivo24. Используя тот же волоконный лазер и настольную систему, что и Хой и др., Габай и соавторы обнаружили, что ПЭГ30 оставался внутри пустот в течение периода до двух недель, что позволяет предположить, что инъекция в пустоты улучшает долгосрочное удержание биоматериала. Хотя эти результаты были обнадеживающими, большая оптика (т.е. объектив микроскопа, пара гальвосканирующих зеркал, линзы для сканирования/трубы и т. д.) и доставка лазерного света в свободное пространство ограничивали клиническую трансляцию. Таким образом, для внедрения нашей терапии рубцов ФЖ в клинику необходима гибкая доставка узкофокусированных ультракоротких импульсов через миниатюрные оптические системы.