Mechanical characterization of pancreatic suture threads and a preliminary study of the pancreatic tissue

Pancreatic tumor corresponds to be the major of lethal cancers of the digestive tract. One of the most knowns techniques to treat this disease is the pancreaticoduodenectomy (PD). The most common post-operative complication is the pancreatic fistula (POPF) that consists of the leakage of pancreatic juice into the abdomen and is caused by not proper surgical material. Therefore, the aim of this project is to characterize the suturing material that nowadays is been used and is also perform a preliminary study of the mechanical properties of the pancreas. Four suture threads were tested (Monocryl 4-0, Vicryl 4-0, Prolene 4-0 and PDS II 5-0) in three different fluids (saline solution, bile and pancreatic juice) at different timesteps (1, 3 and 7 days) in order to mimic the physiological conditions. From these tests both the elastic modulus at lower of deformation (0-3%, E0-3) and the ultimate tensile strength (UTS) were obtained. Monocryl, Vicryl and PDS II were the ones that sustain the highest UTS (~1700 MPa) in dry conditions but then Monocryl was the one that reduced the most its properties until ~1000 MPa at 7 days in physiological fluids (loosing ~40% of his UTS). In addition, Monocryl was the one with lowest E0-3 at around ~7 MPa in dry conditions and ~5 MPa after immersion in pancreatic juice for 7 days with a reduction of ~30%. The elastic modulus at lower deformation of other suture threads remained around 20 MPa. This could be seen as an advantage for the use of Monocryl in pancreatic intervention, because it has the most similar elastic modulus with the tissue, decreasing the risk of damage. In order to perform a mechanical characterization of the pancreatic tissue, a specific test protocol was designed in order to obtain a proper indentation curve. The Hertz module of 10 kPa was measured and was found to be comparable to those present in the literature.

Il tumore del pancreas rappresenta il principale tra i tumori letali dell'apparato digerente. Una delle tecniche più conosciute per trattare questa malattia è la pancreaticoduodenectomia (PD). La più comune complicanza post-operatoria è la fistola pancreatica (POPF), la quale è dovuta alla fuoriuscita di succo pancreatico nell’addome ed è causata dall’utilizzo di materiale chirurgico non adeguato. Pertanto, lo scopo di questo progetto è quello di caratterizzare il materiale da sutura attualmente utilizzato e di eseguire anche uno studio preliminare delle proprietà meccaniche del pancreas. Sono stati testati quattro fili di sutura (Monocryl 4-0, Vicryl 4-0, Prolene 4-0 e PDS II 5-0) in tre diversi fluidi (soluzione salina, bile e succo pancreatico) in tempi diversi (1, 3 e 7 giorni) al fine di imitare le condizioni fisiologiche. Da queste prove è stato ottenuto il modulo elastico nell'intervallo di deformazione (0-3%, E0-3) e il carico di rottura (UTS). Monocryl, Vicryl e PDS II sono stati quelli che hanno sostenuto il più alto UTS (~1700 MPa) in condizioni asciutte, ma poi il Monocryl è stato quello che ha ridotto maggiormente le sue proprietà fino a ~1000 MPa a 7 giorni in fluidi fisiologici (perdendo ~40% del suo UTS). Inoltre, il Monocryl è stato quello con E0-3 più basso a ~7 MPa in condizioni asciutte e ~5 MPa dopo immersione in succo pancreatico per 7 giorni con una riduzione del ~30%. Il modulo elastico alle basse deformazioni degli altri fili di sutura rimane intorno ai 20 MPa. Questo potrebbe essere visto come un vantaggio per l’utilizzo del Monocryl durante un intervento di chirurgia pancreatica poiché il suo modulo elastico risulta essere più simile a quello del tessuto pancreatico, diminuendo il rischio di danni. Al fine di effettuare una caratterizzazione meccanica del tessuto pancreatico è stato progettato uno specifico protocollo di prova al fine di ottenere una curva di indentazione corretta. Il modulo di Hertz ottenuto è stato di 10 kPa, il quale è risultato essere paragonabile con quanto presente in letteratura.