Kirigami é uma variação do origami – a arte japonesa de dobrar papel. No kirigami, você corta o papel e também o dobra. Não é exatamente o tipo de abordagem que você esperaria quando se trata de cirurgia reconstrutiva da mama, mas, de acordo com pesquisadores da Universidade da Pensilvânia, o kirigami pode ajudar a cobrir os implantes com mais segurança, além de usar menos material.

A inserção de materiais estranhos, como implantes mamários de silicone, é de longe a cirurgia reconstrutiva mais comum. Mas os implantes podem se mover ligeiramente, e esse efeito (chamado de mau posicionamento do implante) afeta muitos pacientes mesmo anos após a cirurgia. Shu Yang, da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas, acredita que os projetos de kirigami podem ser aproveitados para melhorar esse tipo de cirurgia.

“Pegamos os materiais que são usados ​​atualmente em salas de operação para reconstrução de mama e abordamos duas de suas principais armadilhas usando designs de kirigami”, diz Yang, autor sênior do artigo. “Nossa técnica permite que a mama reconstruída assuma uma forma mais natural com mais segurança e pode reduzir substancialmente os custos associados a essas cirurgias.”

Yang teve várias discussões com Suhail Kanchwala, cirurgião plástico e professor de cirurgia na mesma universidade, e então começou a explorar novas possibilidades para o material de embalagem de implantes mamários. Esse material é chamado de matriz dérmica acelular (ADMs) e é basicamente um tipo de malha biológica derivada da pele humana ou animal. Os ADMs funcionam essencialmente como andaimes, criando uma matriz para que os componentes permaneçam no lugar, e são populares porque minimizam a reação do sistema imunológico a objetos estranhos.

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Demonstrações de embalagem do implante de gel de silicone com papel com (B) sem cortes, (C) nível 1 e (B) padrões de corte fractal de nível 2 consistindo em subunidades rotativas triangulares. Os cortes são indicados pelas linhas vermelhas e as setas azuis no papel não cortado mostram as rugas geradas pela superfície curva do implante. (E) Mostra uma demonstração de prova de conceito de uma folha ADM enrolada em torno de um implante com pequenos cortes de linha na borda superior. (F) Mostra uma demonstração de prova de conceito de uma folha ADM enrolada em um implante com desenhos de kirigami. Crédito: Universidade da Pensilvânia.

Mas também existem limitações com este tipo de andaime. Os designs atuais não podem envolver os implantes sem formar rugas ou vazios. Os fabricantes tentaram contornar esses efeitos cortando ou costurando, mas, na maioria das vezes, os problemas ainda permanecem.

O que Yang mostrou, com a ajuda de modelos de computador, foi que existem maneiras melhores de produzir ADMs, usando designs inspirados no kirigami.

“Um problema na reconstrução da mama é que os implantes fabricados são redondos, o que não imita efetivamente o formato de lágrima dos seios naturais”, diz Kanchwala. “Portanto, nosso projeto queria descobrir uma maneira de colocar implantes redondos sob as placas ADM de forma a permitir que a mama reconstruída assumisse uma forma mais natural de lágrima.”

Não é a primeira vez que Yang trabalha com esse tipo de abordagem geométrica. Junto com o co-autor Randall Kamien, Yang mostrou anteriormente que cortes bem posicionados podem transformar materiais 2D rígidos em materiais 3D altamente expansíveis e flexíveis que imitam os contornos de estruturas complexas. Agora, os dois encontraram uma aplicação prática para essa abordagem.

Não é uma tarefa fácil, diz Kamien.

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Modelo de reconstrução de mama Kirigami com padrão de arquitetura sem costura feito de papel branco. Crédito: Universidade da Pensilvânia.

“Normalmente, quando você faz um enxerto de pele, há um músculo ou osso para guiar a reforma do tecido”, diz Kamien. “Portanto, superar esse desafio e encontrar uma maneira nova e aprimorada de recriar tecido a partir do material do andaime foi particularmente empolgante.”

Para superá-lo, os dois pesquisadores usaram uma abordagem algorítmica, desenhando um contorno que fornecia a topografia de seios desejada para o material. Eles começaram com um modelo 3D gerado por computador e, em seguida, traçaram fatias que formaram diferentes camadas, usando o algoritmo para otimizar as posições e os ângulos das fatias. No final, eles obtiveram um resultado satisfatório que foi usado em uma operação simulada.

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O processo de design algorítmico do contorno que forneceu informações topográficas da mama. Crédito: Universidade da Pensilvânia.

Sua solução consumiu até 40% menos material, além de proporcionar um maior grau de personalização em relação à forma da mama reconstruída. Talvez ainda mais empolgante, sua abordagem pode ser personalizada de paciente para paciente, criando a geometria perfeita para a mama reconstruída.

“Se a paciente tiver um câncer de mama no lado esquerdo e uma mastectomia no lado esquerdo, você pode escanear a mama direita e criar um desenho de kirigami que imitaria com muita precisão a mama natural da paciente”, diz Kanchwala “Não estamos lá ainda, mas as possibilidades são empolgantes.”

ZME Science


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