При обнаружении опухоли груди многие женщины выбирают лампэктомию, которая представляет собой операцию, направленную на удаление пораженной ткани при сохранении груди. Но во время этой процедуры врачи не могут сразу узнать, вся ли раковая ткань была удалена, без микроскопических признаков того, что раковые клетки остались позади. Из-за этой задержки каждая пятая из этих женщин – до 66 000 пациентов ежегодно в США.S. один – должен вернуться для второй операции по удалению оставшегося рака. Эти последующие операции увеличивают расходы на здравоохранение и могут привести к задержкам в получении других видов лечения, таких как лучевая и химиотерапия.
Чтобы уменьшить потребность в этих повторных операциях, четыре аспиранта Университета Джона Хопкинса разработали устройство, позволяющее патологам быстро осмотреть иссеченную ткань груди в течение 20 минут, пока пациент все еще находится в операционной. Если этот осмотр показывает, что опухоль не была удалена полностью, во время той же операции можно удалить дополнительную ткань. Устранение необходимости во второй операции также может уменьшить дополнительную тревогу, с которой сталкиваются эти пациенты.
Устройство все еще находится на стадии прототипа, но студенты говорят, что их цель – дать пациентам с раком груди такой же быстрый обзор, который обычно происходит при удалении опухолей из других частей тела. Студенты узнали о дилемме второй хирургии во время наблюдения за медицинскими процедурами прошлым летом в рамках годичной магистерской программы в области биомедицинской инженерии. В этой программе студенты учатся разрабатывать новые медицинские инструменты и продукты, которые удовлетворяют неотложные потребности здравоохранения.
"Мы поговорили с хирургами по лечению рака груди," сказал Гектор Нейра из Сильвер Спринг, Мэриленд., один из студентов-изобретателей. "Они сказали нам, что отчаянно нуждаются в чем-то, что позволило бы им полностью удалить опухоль с первого раза, чтобы пациенту не приходилось возвращаться на вторую операцию."
На данный момент система команды была протестирована на образцах тканей животных и груди человека из банка тканей, но еще не использовалась на пациентах. Однако за последний год студенты за разработку устройств и анализ рынка принесли им более 40 000 долларов в виде призовых денег за бизнес-план колледжа. На недавнем мероприятии «День дизайна» для студентов, изучающих биомедицинскую инженерию Университета Джонса Хопкинса, команда получила высшую награду «Выбор народа». И хотя все студенты-изобретатели получили дипломы магистров в мае, двое из них получили финансирование, чтобы остаться в Johns Hopkins и продолжить работу над проектом в следующем году.
Хотя финансовая поддержка и признание полезны, "это не наша конечная цель," сказала Анджана Синха из Принстона, N.J., еще один из студентов-изобретателей. "Мы делаем это не ради денег. Мы хотим улучшить практику здравоохранения и поднять стандарты ухода за этими пациентами с раком груди. Почему они не могут получить те же быстрые результаты, что и люди с другими видами рака??"
После удаления большинства опухолей, например опухолей печени, патологоанатомы могут быстро заморозить ткань и срезать образцы толщиной с бумагу для исследования под микроскопом. Если патолог видит, что раковые клетки простираются до внешнего края или края образца, хирургу рекомендуется удалить больше ткани у пациента. Но ткань груди представляет собой проблему: она обладает высоким содержанием жира и плохо замерзает, из-за чего образцы размазываются, образуются пробелы и становятся непригодными для быстрого просмотра. Вместо этого ткань молочной железы должна быть сохранена и проанализирована в более трудоемком процессе, который требует, чтобы пациентка возвращалась в операционную, если первая операция оставила после себя раковые клетки.
Чтобы решить эту проблему, аспиранты провели мозговой штурм в поисках инженерного решения. Их самой многообещающей и практичной идеей было устройство, которое наносит липкую пленку на ткань груди перед ее разрезанием. Пленка скрепляет нежные ткани, предотвращая повреждение образцов во время нарезки. Результатом, по словам студентов, является образец, который может быть четко рассмотрен патологом в течение 20 минут после его извлечения, что потенциально устраняет необходимость в повторной операции в другой день.
Недорогая система включает многоразовый аппликатор и фирменную одноразовую пленку. Студенты заявили, что потребность в их продукте значительна, сославшись на около 330 000 люмпэктомий, которые ежегодно выполняются только в Соединенных Штатах.
"Я думаю, что студенты проявили невероятный творческий подход в разработке этой концепции, и они обращаются к очень реальной потребности в области хирургии рака груди," сказала Мелисса Кэмп, доцент хирургии Джона Хопкинса, которая работала с командой. "Точная оценка состояния маржи во время начальной операции приведет к меньшему количеству повторных операций, что во многих отношениях будет полезно для пациентов. Я с нетерпением жду их продолжения работы!"
В Johns Hopkins устройство для патологии было разработано под руководством университетского центра биоинженерных инноваций и дизайна. Центр объединяет студентов с преподавателями-исследователями, врачами и другими людьми, которые помогают им понять потребности здравоохранения и направляют их при предложении решений, а затем создают и тестируют прототипы. CBID работает в рамках Департамента биомедицинской инженерии, который разделяют Медицинская школа университета и Инженерная школа Уайтинга.
Наряду с Нейрой и Синха студентами-изобретателями устройства для лечения рака груди были Цин Сян Йи из Сингапура и Вайшакхи Майя из Индии. Синха и Майя останутся в Johns Hopkins в течение следующего года, чтобы продолжить работу над проектом с Дэвидом Шином из Сиэтла, еще одним недавним выпускником магистерской программы CBID. Студенты также продолжат сотрудничество с консультантами медицинского факультета, в том числе с Эшли Чимино-Мэтьюз, доцентом кафедры хирургической патологии, и Джеймсом Шином, специалистом по исследованиям хирургической патологии. Джейсон Бенкоски, старший научный сотрудник Лаборатории прикладной физики Джонса Хопкинса, будет выступать в качестве технического советника группы. Уоллес Х. Фонд Коултера предоставляет этим студентам средства для продолжения работы над проектом в этом году.