Zespół naukowców z Kalifornijskiego Instytutu Technologicznego (Caltech) stworzył innowacyjną metodę umożliwiającą druk 3d materiałów bezpośrednio w głębokich warstwach ciała – bez konieczności inwazyjnych operacji. Technologia ta, wykorzystująca ultradźwięki, może w przyszłości odmienić leczenie nowotworów, gojenie ran czy tworzenie wszczepialnych czujników.
Jak działa ultradźwiękowy druk 3d w głębokich tkankach?
Nowa metoda nosi nazwę deep tissue in vivo sound printing (DISP), czyli głębokotkankowy druk ultradźwiękowy w żywym organizmie. Polega na wprowadzeniu do ciała bioatramentu – specjalnie zaprojektowanego materiału biologicznego zawierającego polimery i czynniki sieciujące, zamknięte w liposomach (mikroskopijnych pęcherzykach tłuszczowych).
Kluczowym elementem jest możliwość kontrolowania momentu, w którym atrament „krzepnie” i tworzy strukturę hydrożelu. Dzięki temu, że liposomy uwalniają swą zawartość dopiero po podgrzaniu do 41,7°C – czyli nieco powyżej temperatury ciała – naukowcy mogą precyzyjnie wybrać miejsce i czas aktywacji za pomocą skoncentrowanej wiązki ultradźwięków.
Dlaczego ultradźwięki, a nie światło?
Dotychczasowe eksperymenty z drukiem 3d w ciele opierały się na świetle podczerwonym. Jego zdolność penetracji jest bardzo ograniczona – sięga jedynie kilku milimetrów pod skórę. Ultradźwięki natomiast pozwalają dotrzeć znacznie głębiej – nawet do kilku centymetrów – bez szkody dla otaczających tkanek.
„Nasza technologia pozwala tworzyć złożone struktury w głębokich warstwach organizmu, z zachowaniem wysokiej zgodności biologicznej” – mówi prof. Wei Gao z Caltech, główny autor badania.
Możliwe zastosowania kliniczne: leczenie nowotworów, regeneracja tkanek, czujniki
Zastosowania nowej technologii są imponująco szerokie. Naukowcy przeprowadzili testy na królikach, w których udało się wydrukować sztuczne fragmenty tkanki na głębokości 4 cm pod skórą. Tego rodzaju hydrożel może posłużyć do odbudowy uszkodzonych narządów. Może także przyspieszyć gojenie ran – zwłaszcza jeśli w bioatrament zostaną dodane żywe komórki.
W badaniach laboratoryjnych z użyciem modeli komórek raka pęcherza moczowego, zespół wstrzyknął wersję bioatramentu zawierającą chemioterapeutyk (doksorubicynę). Po aktywacji metodą DISP, hydrożel uwalniał lek stopniowo przez kilka dni. Prowadzi to do znacznie większego obumierania komórek nowotworowych niż po zwykłym wstrzyknięciu leku.
To jednak nie koniec. Inżynierowie opracowali również wersję bioatramentu przewodzącą prąd, dzięki dodaniu nanorurek węglowych i nanodrutów srebra. Takie materiały mogą być wykorzystane do budowy wszczepialnych czujników monitorujących temperaturę, rytm serca czy aktywność mięśni.
Obejrzyj także: Pierwsza kobieta z medycznym noblem.
Bezpieczeństwo i przyszłość technologii DISP
Jednym z największych atutów nowej metody jest jej bezpieczeństwo. W badaniach nie zaobserwowano toksyczności hydrożelu, a pozostałości nieaktywnego bioatramentu były usuwane z organizmu w ciągu tygodnia.
Kolejnym krokiem dla zespołu będzie przeprowadzenie badań na większych zwierzętach, a następnie – w perspektywie kilku lat – testy kliniczne u ludzi. Celem naukowców jest również automatyzacja procesu przy pomocy sztucznej inteligencji. Chcą, aby możliwe było np. drukowanie struktur w poruszającym się narządzie, takim jak bijące serce.
Nowa era w medycynie dzięki drukowi 3d
Technologia DISP może w przyszłości stać się fundamentem nowej gałęzi medycyny regeneracyjnej i personalizowanych terapii. Druk 3d przestaje być tylko narzędziem dla laboratoriów czy przemysłu. Staje się realnym sposobem na tworzenie leków, tkanek i sensorów bezpośrednio w ciele pacjenta, bez potrzeby otwierania jego wnętrza.
Jak podkreślają autorzy badania, „drukowanie wewnątrz organizmu otwiera zupełnie nowe możliwości – nie tylko leczenia, ale i diagnozowania pacjentów w sposób szybszy, precyzyjniejszy i mniej inwazyjny niż kiedykolwiek wcześniej”.
Źródło: https://www.sciencealert.com/scientists-3d-print-material-deep-inside-the-body-using-ultrasound
