Sonde de chirurgie laser ultrarapide pour sous

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 20554 (2022) Citer cet article

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La création de vides sous-épithéliaux dans les cordes vocales cicatrisées via une ablation laser ultrarapide peut aider à localiser des biomatériaux thérapeutiques injectables en vue d'un traitement amélioré des cicatrices des cordes vocales. Plusieurs sondes de chirurgie laser ultrarapides ont été développées pour une ablation précise des tissus de surface ; cependant, ces sondes ne disposent pas de la focalisation étroite du faisceau requise pour l'ablation souterraine dans les tissus hautement diffusants tels que les cordes vocales. Nous présentons ici une sonde chirurgicale laser ultrarapide miniaturisée conçue pour effectuer une ablation sous-épithéliale dans les cordes vocales. L'exigence d'une ouverture numérique élevée pour l'ablation souterraine, en plus du petit facteur de forme et de l'architecture à tir latéral requis pour une utilisation clinique, a rendu la conception optique difficile. Un couplage inhibé guidant la fibre à cristal photonique à noyau creux Kagome a délivré des impulsions ultracourtes de niveau micro-Joule provenant d'un laser à fibre à taux de répétition élevé vers un objectif miniaturisé sur mesure, produisant un rayon de faisceau focal 1/e2 de 1,12 ± 0,10 μm et couvrant une surface de 46 × Zone de numérisation de 46 μm2. La sonde pourrait délivrer jusqu'à 3,8 impulsions μJ à la surface des tissus avec une efficacité de transmission de 40 % dans l'ensemble du système, fournissant ainsi des fluences nettement plus élevées au plan focal que celles requises pour l'ablation sous-épithéliale. Pour évaluer les performances chirurgicales, nous avons effectué des études d'ablation sur des hémi-larynges porcins fraîchement excisés et avons découvert que des vides sous-épithéliaux de grande surface pouvaient être créés dans les cordes vocales en traduisant mécaniquement la pointe de la sonde sur la surface du tissu à l'aide d'étapes externes. Enfin, l'injection d'un biomatériau modèle dans un vide de 1 × 2 mm2 créé à 114 ± 30 μm sous la surface de l'épithélium des cordes vocales a indiqué une localisation améliorée par rapport à l'injection directe dans le tissu sans vide, suggérant que notre sonde pourrait être utile pour la pré-injection. évaluation clinique de biomatériaux thérapeutiques injectables pour le traitement des cicatrices des cordes vocales. Avec les développements futurs, le système chirurgical présenté ici pourrait permettre le traitement des cicatrices des cordes vocales en milieu clinique.

Les cicatrices des cordes vocales (FV) sont l’une des principales causes de troubles de la voix1,2. Conséquence indésirable de l’excision chirurgicale des lésions de FV, les cicatrices de FV peuvent entraîner une dysphonie grave et avoir un impact négatif sur la qualité de vie3,4. Il n’existe actuellement aucun traitement efficace contre la FV5 chroniquement cicatricielle. La lamina propria, une couche de tissu sous-épithélial constituée principalement de fibres de collagène, d'élastine et de réticuline, est en grande partie responsable du phénomène vibratoire de la FV et est très sensible à la formation de cicatrices. De nombreux biomatériaux à base d'hydrogel ont été développés pour réparer le VF cicatriciel6,7,8,9, mais une localisation sous-optimale entraîne une mauvaise répétabilité du traitement10,11,12,13,14. Des problèmes surviennent lors de l’injection dans la lamina propria superficielle (SLP), car le biomatériau injecté a tendance à s’infiltrer autour plutôt que dans le tissu cicatriciel rigide. Ainsi, il existe un besoin pour une méthode permettant de localiser avec précision les biomatériaux dans la SLP cicatrisée tout en évitant toute formation de cicatrice supplémentaire.

Le processus d’ablation laser ultrarapide repose sur une absorption multiphotonique rapide au niveau du plan focal, ce qui entraîne un confinement d’énergie du volume sous-focal et des dommages thermiques minimes aux tissus environnants15,16,17,18. Un tel degré élevé de confinement spatial et thermique permet un retrait précis de la matière à l’intérieur des tissus en vrac. Pour relever les défis liés aux cicatrices de FV, notre groupe a proposé un traitement dans lequel un espace d'injection de biomatériau est créé au sein du SLP via une ablation laser ultrarapide19,20,21. À l’aide d’un microscope de paillasse équipé d’un objectif à ouverture numérique (NA) de 0,75 et d’un laser à fibre femtoseconde à taux de répétition élevé, Hoy et al. démontré la formation de vides sous-épithéliaux dans la FV porcine excisée ~ 100 μm sous la surface épithéliale19, ce qui se situe bien à l'intérieur du SLP, étant donné que l'épaisseur épithéliale de la FV humaine, canine et porcine est généralement de 50 à 80 μm22,23. D'autres études ex vivo réalisées par Hoy et al. ont montré l'injection d'un biomatériau modèle dans des vides ablatés créés dans des poches de joues de hamster cicatrisées et excisées20. Les auteurs ont montré que l’injection d’un biomatériau modèle (PEG30) dans les vides réduisait considérablement le reflux et améliorait la localisation par rapport à l’injection de biomatériau dans le tissu cicatriciel uniquement. Plus récemment, Gabay et al. démontré une rétention à long terme du PEG30 dans les vides sous-épithéliaux créés dans un modèle de poche de joue de hamster cicatrisé in vivo24. En utilisant le même laser à fibre et le même système de paillasse que Hoy et al., Gabay et ses coauteurs ont découvert que le PEG30 restait dans les vides pendant une période allant jusqu'à deux semaines, ce qui suggère que l'injection dans les vides améliorait la rétention des biomatériaux à long terme. Bien que ces résultats soient encourageants, les grandes optiques (c'est-à-dire l'objectif du microscope, la paire de miroirs à balayage galvo, les lentilles de balayage/tube, etc.) et l'espace libre de la lumière laser limitaient la traduction clinique. Ainsi, une délivrance flexible d’impulsions ultracourtes étroitement focalisées via des systèmes optiques miniaturisés est nécessaire pour traduire notre thérapie cicatricielle FV en clinique.