La técnica de Kirigami sugiere resultados prometedores para la reconstrucción mamaria

Para muchas pacientes con cáncer de mama, el camino hacia la recuperación puede presentar complicaciones ocultas relacionadas con la reconstrucción mamaria después de una mastectomía.

La inserción de materiales extraños, como los implantes mamarios de silicona, puede provocar una mala posición del implante, una condición que afecta a un número significativo de pacientes incluso años después de la cirugía.

Ahora, investigadores de la Universidad de Pensilvania han utilizado los principios de una técnica de corte de papel conocida como kirigami para cubrir los implantes de manera más segura y con menos material.

La investigación, publicada en Materiales avanzadosdirigido por Shu Yang en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas, describe cómo aprovechar las prácticas de diseño de kirigami y el modelado computacional ofrece una mayor flexibilidad y capacidad de expansión para proporcionar a los cirujanos un material estirable más fácil de usar que puede envolver mejor los implantes, reduciendo así el riesgo de mala colocación.

«Tomamos los materiales que se utilizan actualmente en los quirófanos para la reconstrucción mamaria y abordamos dos de sus principales obstáculos mediante el uso de diseños kirigami», dice Yang, autor principal del artículo. «Nuestra técnica permite que el seno reconstruido tome una forma más natural de manera más segura y puede reducir sustancialmente los costos asociados con estas cirugías».

Luego de una serie de discusiones con Suhail Kanchwala, cirujano plástico y profesor de cirugía en la Escuela de Medicina Perelman, los investigadores comenzaron a examinar nuevas posibilidades para el actual material de envoltura de implantes mamarios, llamado matrices dérmicas acelulares (ADM). Estos son un tipo de malla quirúrgica que generalmente se derivan de la piel humana o animal. Las células se eliminan, pero las redes de soporte (proteínas estructurales como el colágeno, junto con otros componentes de la matriz extracelular) permanecen en su lugar para facilitar la recuperación del suministro de sangre local y la regeneración de las células de la piel. Debido a la ausencia de células y la abundancia de elementos similares a andamios, los ADM han ganado popularidad por su capacidad para minimizar la reacción del sistema inmunitario a los objetos extraños y ofrecer un mejor apoyo a los implantes.

Los investigadores sospecharon que las hojas de ADM podrían modificarse de una manera única para abordar una preocupación con los implantes mamarios contemporáneos.

«Un problema en la reconstrucción mamaria es que los implantes fabricados son redondos, lo que no imita de manera efectiva la forma más parecida a una lágrima de los senos naturales», dice Kanchwala. «Entonces, nuestro proyecto quería encontrar una manera de colocar implantes redondos debajo de las láminas de ADM de una manera que permitiera que el seno reconstruido adquiriera una forma más natural de lágrima».

Además, las láminas de ADM en sus configuraciones actuales no pueden envolver de manera conformable los implantes, ya que no conservan las curvas y los ángulos sin formar arrugas o huecos. Estos pueden hacer que el implante sea propenso a rotar fuera de lugar y provocar percances por mala colocación. La respuesta de los fabricantes a estas limitaciones ha incluido la introducción de patrones de orificios circulares en las hojas de ADM o el corte de ciertas áreas seguidas de costuras para cubrir más área de superficie de manera efectiva.

Yang y el coautor Randall Kamien, profesor del Departamento de Física y Astronomía de la Facultad de Artes y Ciencias, habían demostrado previamente que los cortes bien colocados pueden transformar láminas planas bidimensionales rígidas en latas tridimensionales altamente expandibles y maleables. geometrías que pueden imitar los contornos de estructuras complejas como rostros humanos o cadenas montañosas.

El principio central de esta estrategia basada en kirigami es que la introducción de estos pequeños cortes divide el material en unidades giratorias de alta densidad con la libertad de tomar la forma de una estructura de varios niveles. Pero en este último trabajo, el equipo necesitaba crear una forma de emular los senos, estructuras desprovistas de la forma proporcionada por la musculatura y el hueso.

«Normalmente, cuando haces un injerto de piel, hay un músculo o hueso para guiar la reforma del tejido», dice Kamien. «Entonces, superar este desafío y encontrar una forma nueva y mejorada de recrear tejido a partir del material de andamiaje fue particularmente emocionante».

Esto se hizo mapeando la topografía del implante, de forma similar a cómo los cartógrafos trazan los picos y valles de un terreno montañoso en una página bidimensional.

Los investigadores comenzaron con un modelo de seno tridimensional generado por computadora y luego colocaron cortes horizontales equidistantes formando capas verticales, o niveles, que usaron para guiar sus líneas de contorno. Luego, el equipo analizó los contornos y generó algoritmos para identificar los sitios óptimos y los ángulos de incisión para que su cortador láser tallara la hoja de ADM. Estos cortes característicos son los que permiten que la hoja se expanda y se estire de forma segura sobre un implante.

El equipo demostró con éxito esta nueva técnica basada en kirigami en una operación de simulación en la que la lámina ADM se suturó a la placa torácica de un maniquí quirúrgico y el implante de silicona se canalizó entre el tórax y la lámina. Se complacieron en confirmar que su método usa, en promedio, entre un 20% y un 40% menos de material, al mismo tiempo que ofrece un mayor grado de personalización en cuanto a la forma del seno reconstruido. Los investigadores creen que, con el tiempo, estas hojas ADM cortadas con kirigami tienen la capacidad de volverse específicas para cada paciente.

«Si la paciente tiene un cáncer de mama en el lado izquierdo y una mastectomía en el lado izquierdo, podría escanear la mama derecha y crear un diseño de kirigami que imitaría con mucha precisión la mama natural de esa paciente», dice Kanchwala. «No estamos allí todavía, pero las posibilidades son emocionantes».