Naukowcy z USA stworzyli przełomową technologię, która pozwala na drukowanie 3D struktur biomedycznych bezpośrednio wewnątrz ludzkiego ciała, bez potrzeby operacji czy nacinania skóry. Nowa metoda, nazwana DISP (deep in vivo sound printing), wykorzystuje skoncentrowane ultradźwięki, by aktywować specjalny bioatrament wstrzyknięty do organizmu.
Wstępne testy przeprowadzone na myszach i królikach już teraz pokazują ogromny potencjał tej technologii – od naprawy tkanek, przez dostarczanie leków nowotworowych bezpośrednio do guza, aż po tworzenie wewnętrznych sensorów medycznych. Jeśli wszystko pójdzie zgodnie z planem, DISP może w przyszłości zrewolucjonizować medycynę regeneracyjną i onkologię.
Jak działa druk 3D wewnątrz ciała?
Podstawą działania systemu DISP jest bioatrament zawierający łańcuchy polimerowe i środki sieciujące – składniki potrzebne do utworzenia hydrożelu. Środki te są zamknięte w specjalnych nanostrukturach lipidowych zwanych liposomami, które pozostają stabilne w normalnej temperaturze ciała, ale ulegały aktywacji po podgrzaniu do około 41,7°C.
Zamiast używać ograniczonego światła podczerwonego – które nie penetruje głęboko – naukowcy sięgnęli po skoncentrowane ultradźwięki. Fala dźwiękowa precyzyjnie nagrzewa określony obszar w ciele, uwalniając środki sieciujące i powodując formowanie się hydrożelu dokładnie tam, gdzie potrzeba.
To, co wcześniej było domeną operacji lub zaawansowanych implantów, teraz może zostać osiągnięte w sposób całkowicie nieinwazyjny – bez blizn, bez cięć, z ogromną precyzją.
Zastosowania: od leczenia raka po regenerację tkanek
Technologia została już przetestowana na modelach raka pęcherza moczowego. Naukowcy wykorzystali bioatrament wzbogacony o lek chemioterapeutyczny – doksorubicynę. Po utwardzeniu hydrożelu w ciele, lek uwalniał się powoli przez kilka dni, niszcząc komórki rakowe skuteczniej niż tradycyjne zastrzyki.
Co więcej, DISP umożliwia także tworzenie przewodzących struktur – przy użyciu nanorurek węglowych i srebrnych nanodrutów. Otwiera to drogę do drukowania czujników EKG, termometrów czy implantów monitorujących aktywność mięśni – bez potrzeby ich chirurgicznego wszczepiania.
Również w zakresie leczenia urazów i ran, technologia ta może okazać się przełomowa. Dzięki możliwości tworzenia hydrożelowych „bandaży” wewnątrz ciała, można przyspieszyć gojenie tkanek bez interwencji chirurgicznej.
Bezpieczna i naturalnie usuwana z organizmu
W testach na królikach naukowcy drukowali materiały na głębokości do 4 centymetrów pod skórą. Co najważniejsze, nie wykryto żadnej toksyczności, a resztki nieutwardzonego bioatramentu zostały naturalnie wydalone z organizmu w ciągu tygodnia.
Precyzyjny monitoring efektów działania bioatramentu możliwy był dzięki specjalnym mikropęcherzykom gazu, które zmieniały kontrast w odpowiedzi na reakcję chemiczną – potwierdzając, że reakcja drukowania zaszła skutecznie i bezpiecznie.
Co dalej? Drukowanie w bijącym sercu?
Zespół z Caltech planuje kolejne testy – tym razem na większych modelach zwierzęcych, by w przyszłości przejść do badań klinicznych na ludziach. Długofalowym celem jest automatyczne, sterowane przez sztuczną inteligencję drukowanie precyzyjnych struktur biomedycznych nawet w ruchomych organach, takich jak serce.
„Chcielibyśmy, aby drukowanie 3D mogło się odbywać w czasie rzeczywistym, bez otwierania ciała pacjenta, nawet w trudnych warunkach, takich jak bijące serce. Wierzymy, że to możliwe” – mówi prof. Wei Gao z Caltech.
Podsumowanie
Nowa technologia DISP może zrewolucjonizować sposób, w jaki medycyna podchodzi do leczenia chorób i urazów. Dzięki możliwości drukowania 3D głęboko w ciele z wykorzystaniem ultradźwięków, możliwe stanie się nieinwazyjne leczenie nowotworów, regeneracja tkanek czy implantacja biosensorów bez skalpela.
Badania opublikowano w czasopiśmie Science .