La sonda laser, l’iKnife e l’avanguardia della chirurgia

Se il pensiero di andare sotto i ferri ti riempie di paura, sii rassicurato. Non è più la chirurgia l’esperienza brutale e pericolosa affrontata dai nostri antenati. Grazie a meraviglie come laparoscopia, soluzioni robotiche e, più recentemente, iKnife e la sonda laser, l’intervento chirurgico diventa sempre più sicuro.

Gli archeologi ritengono che le persone abbiano operato un intervento chirurgico fino a 11.000 anni. La chirurgia cranica, nota come trapanazione, risale probabilmente all’era neolitica. Ha comportato la perforazione di un buco nel cranio di una persona vivente.

La speculazione suggerisce che è stato fatto per curare disturbi come convulsioni, fratture, mal di testa e infezioni. Gli antichi egizi usavano la stessa operazione per “far uscire” mal di testa ed emicrania.

Dal 1812 in avanti, i racconti di offerte di procedure che ora sarebbero considerate raccapriccianti, come passare un gancio attraverso la pupilla di un uomo durante la rimozione di una cataratta, e usare le sanguisughe per il salasso. I pionieri del loro tempo, sia i chirurghi che i pazienti mostravano un notevole coraggio.

Salta da lì al presente e hai una chirurgia mini-invasiva in cui anche un trapianto di cuore è ormai di routine. Da gennaio 1988 a luglio 2016, 64.055 trapianti cardiaci hanno avuto luogo negli Stati Uniti, secondo la United Network for Organ Sharing (UNOS).

Progressi nella chirurgia mini-invasiva

Nel 1987, un ginecologo francese eseguì il primo intervento chirurgico laparoscopico per rimuovere una cistifellea. Da lì, la pratica si è espansa rapidamente. Secondo la Food and Drug Administration (FDA) degli Stati Uniti, oltre 2 milioni di interventi di chirurgia laparoscopica vengono eseguiti ogni anno negli Stati Uniti.

In chirurgia laparoscopica o “a buco della serratura”, un piccolo tubo con una sorgente luminosa e una telecamera passano attraverso il corpo fino a raggiungere la parte pertinente. Le aree che necessitano di operazioni appaiono su uno schermo, mentre il chirurgo lavora gli strumenti attraverso piccole aperture.

Procedure minimamente invasive significano incisioni più piccole con meno cicatrici, un minor rischio di infezione, soggiorni ospedalieri più brevi e ridotta convalescenza.

Chirurgia robotica

Prossima fermata, chirurgia robotica. Nel 2000, un team di scienziati in Germania che stavano ricercando tecniche per la chirurgia mini-invasiva annunciò che avevano sviluppato un sistema con due bracci robotici controllati da un chirurgo su una console di controllo. Lo chiamarono ARTEMIS.

Nel luglio 2000, il sistema da Vinci è stato approvato per l’uso negli Stati Uniti per il taglio e la chirurgia.

Fu il primo sistema chirurgico robotizzato ad ottenere l’approvazione della FDA, e il suo uso è diventato relativamente diffuso.

Il sistema ha tre componenti: un carrello di visione con una sorgente di luce e telecamere, una console principale in cui si trova il chirurgo operativo e un carrello mobile con due bracci dello strumento e il braccio della fotocamera.

La fotocamera fornisce una vera immagine tridimensionale che viene visualizzata sopra le mani del chirurgo, quindi le punte degli strumenti sembrano un’estensione delle impugnature di controllo. I pedali controllano l’elettrocauterio, la messa a fuoco della fotocamera, le frizioni del braccio della fotocamera e dello strumento e le manopole di controllo principali che guidano i bracci robotici del servo dal lato del paziente.

Ci sono state segnalazioni di errori e malfunzionamenti, alcuni dei quali fatali, e non tutti sono convinti che la chirurgia robotica produca davvero risultati migliori per il paziente.

Ciò che l’occhio non può vedere

Il coltello elettrochirurgico fu inventato negli anni ’20. Utilizzando una corrente elettrica, riscalda rapidamente il tessuto corporeo, consentendo al chirurgo di tagliare il tessuto con una minima perdita di sangue. È comunemente usato nella chirurgia del cancro.

La chirurgia guidata da immagini, come la laparoscopia, ha ridotto l’entità dell’intervento per molte operazioni.

Tuttavia, quando si tratta di cancro, le immagini possono mostrare dove si trova il tumore, ma né le immagini né l’occhio umano possono facilmente distinguere tra tessuti sani e malsani.

Il dott. Zoltan Takats, dell’Imperial College di Londra nel Regno Unito, ha visto un modo per il coltello elettrochirurgico di colmare il vuoto che le immagini non possono.

Inserisci l’iKnife. Basato su elettrochirurgia, iKnife è in grado di rilevare con precisione quale tessuto deve essere rimosso e quale dovrebbe rimanere.

Fino a poco tempo fa, l’unico modo definitivo per sapere se il tessuto è canceroso o no è stato quello di fare una biopsia per lo studio, di solito al microscopio. Lo svantaggio è che durante l’intervento chirurgico, solo pochi campioni possono essere prelevati e testati e possono essere necessari 40 minuti per completare ciascun test. Questo non è un modo pratico per definire il limite di un tumore durante l’intervento chirurgico.

Il 2013 ha visto l’emergere del primo iKnife, che consente al chirurgo di esaminare il tessuto biologico associando l’elettrochirurgia alla spettrometria di massa. Nella spettrometria di massa, le particelle ionizzate o cariche vengono fatte passare attraverso campi elettrici o magnetici.

La spettrometria di massa fornisce misurazioni del rapporto massa-carica e queste misurazioni consentono di distinguere tra i tessuti di composizione diversa, noti come profilatura chimica. Analizzando la composizione chimica di diversi campioni, può rivelare quali tessuti sono sani e quali no.

A quel tempo, il dott. Takats disse che si aspettava che iKnife fosse applicabile a diversi tipi di chirurgia e che avrebbe risparmiato sui costi.

Come funziona iKnife

Il taglio con un electroscalpel provoca la vaporizzazione del tessuto mentre viene tagliato. Questo crea un fumo che viene normalmente risucchiato dai sistemi di estrazione. Ma collegando l’iKnife a uno spettrometro di massa e pompando il fumo verso di esso, il vapore può essere “catturato” e analizzato per la composizione chimica. Abbinando i risultati a una libreria di riferimento, il chirurgo può vedere quale tipo di tessuto è entro 3 secondi.

Nel 2013, Dr.Takats e il suo team hanno utilizzato l’iKnife per analizzare campioni di tessuto raccolti da 302 pazienti sottoposti a intervento chirurgico per rimuovere vari tipi di tumore, sia cancerosi che non cancerogeni.

Hanno registrato le caratteristiche di migliaia di campioni di tessuto prelevati da tumori nel cervello, nei polmoni, nel petto, nello stomaco, nel colon e nel fegato. Da questi campioni, hanno creato un database di 1.624 voci cancerose e 1.309 non cancerose, a cui potevano corrispondere campioni futuri.

Il team ha quindi utilizzato l’iKnife con la spettrometria di massa a ionizzazione evaporativa rapida (REIMS) in 81 interventi chirurgici. Sono state effettuate letture durante l’intervento chirurgico e il tessuto è stato testato successivamente in modo convenzionale. In ogni caso, la lettura corrispondeva esattamente alla diagnosi istologica postoperatoria.

L’iKnife è stato sviluppato per l’elettrochirurgia perché i chirurghi vedevano il suo potenziale per la rimozione di tumori cancerosi, ma la sua applicabilità alla chirurgia idro e laser è già stata sollevata. In futuro, potrebbe essere utilizzato per prendere letture per analizzare le membrane mucose e il sistema respiratorio, urinogenitale o gastrointestinale.

L’iKnife è già in uso presso l’Imperial College di Londra, ed è ora in fase di sperimentazione nella chirurgia del cancro al seno, al colon e alle ovaie.

Rilevazione laser di tumori cerebrali

Più recentemente, i ricercatori del Regno Unito e del Canada hanno abbinato l’iKnife con una sonda laser per rilevare i tessuti anormali durante l’intervento chirurgico per rimuovere un tumore al cervello.

Questa tecnica utilizzava una sonda laser nel vicino infrarosso per determinare se il tessuto era cancerogeno o sano misurando la luce riflessa dal tessuto.

Fatti veloci sui progressi della chirurgia

• Il primo uso riuscito di etere anestetico fu nel 1846
• L’acido carbolico fu usato per la prima volta come antisettico tra il 1867 e il 1876
• Nel 1907 fu creato il primo antibiotico artificiale.

Quando hanno indicato il raggio di luce sul cervello esposto, le molecole nelle cellule hanno iniziato a vibrare. Mentre lo facevano, le fibre ottiche nella sonda raccoglievano la luce diffusa che rimbalzava dal tessuto.

Misurando la frequenza delle vibrazioni, gli scienziati sono stati in grado di dire quale tessuto era sano e quale no. Come con iKnife, l’analisi ha richiesto solo pochi secondi.

Nella chirurgia del cancro, la capacità di rilevare il confine esatto di un’area di tessuto maligno può fare la differenza tra la vita e la morte e tra dover ripetere l’intervento chirurgico o meno.

Essere in grado di rimuovere il tessuto esatto non solo assicura che l’intero tumore sia portato via, ma riduce anche la perdita di tessuto inutile, portando a risultati migliori per i pazienti.

I ricercatori osservano che, in particolare con i tumori cerebrali, l’incapacità di vedere il confine di un tumore, anche con un microscopio chirurgico, mette le persone a un rischio maggiore di danni aggiuntivi, come la perdita della parola. Con l’avanzare della tecnologia, i rischi della chirurgia diminuiscono gradualmente.