Нова технология позволява отпечатване на тъкани директно в тялото

Изследователи от Калифорнийския технологичен институт са създали система, която позволява биоматериали да бъдат отпечатвани директно в тялото без хирургическа намеса.

Технологията използва ултразвук за втвърдяване на инжекционни био-мастила, които след това се трансформират в желаните структури.

Излишният материал се елиминира безопасно от тялото.

В тестове учените успешно отпечатали тъкан в стомаха на заек и пикочния мехур на мишка, а също така създали биосензори и системи за доставяне на лекарства.

3D печатът се използва за създаване на биологични тъкани, органи и медицински изделия.

Обикновено принтерите печатат слой по слой, което отнема много време.

Нов метод, 3D печат, при който 3D структури се втвърдяват от единичен светлинен импулс, ускорява процеса, но зависи от дълбочината на проникване на светлината.

Ултразвукът, от своя страна, прониква дълбоко в органите (до 20 см) и не ги уврежда, а също така може да инициира химични реакции.

През 2023 г. учените разработиха „соно-мастило“, което се втвърдява при излагане на звукови вълни. Методът е направил възможно отпечатването на 3D обекти вътре в свински корем, черен дроб и бъбреци, както и възстановяването на увредено козе сърце.

Мастилото обаче е чувствително към стрес и смущения в тялото, което забавя печатането и намалява яснотата на обектите. А звуковите вълни причиняват нагряване, което кара част от мастилото да се втвърди преждевременно. В резултат на това се увеличава рискът от отхвърляне на структури от тялото.

Новата технология използва усъвършенствано „соно мастило“, което се състои от няколко компонента.

Първо, това са вериги от молекули, които обикновено са свободни да се движат, но се обединяват, когато получат специфичен молекулярен „сигнал“.

Второ, това са мастни мехурчета, пълни със свързващи молекули (същият „сигнал“), които освобождават съдържанието си под въздействието на ултразвук.

Последната съставка е вещество с химични елементи, съдържащи се вътре, които разсейват звуковите вълни и светят под определени ултразвукови влияния. Това позволява на учените да видят къде се намира мастилото и дали се е образувала желаната структура.

Мастилото се инжектира директно в желаната област или се доставя там чрез катетри. Така учените отпечатали върху мишки с рак на пикочния мехур своеобразен резервоар, който постепенно освобождавал противоракови лекарства и забавял растежа на тумора. Обикновено такива лекарства се елиминират бързо от тялото. Но био-мастиленият „пластир“ позволил на лекарството да остане активно върху засегнатата област по-дълго.

Системата работи със скорост от 40 милиметра в секунда, което е сравнимо с конвенционален мастилено-струен принтер. Био-мастилото може да бъде модифицирано чрез добавяне на въглеродни нанотръби, нанопроводници и други материали, които са безопасни за тялото.

Мастилото се съхранява поне 450 дни и не предизвиква реакция на имунната система. Излишъкът се елиминира от тялото по естествен път чрез метаболитния процес или може да се разтвори с лекарство, което обикновено се използва при отравяне с тежки метали.

Има обаче усложнения – целевите тъкани варират по дълбочина, форма и размер, което влияе върху отразяването на ултразвука и втвърдяването на биомастилото. Още по-трудно е отпечатването върху движещи се органи – бели дробове, сърце, стомах.

Експертите са убедени, че изкуственият интелект може да помогне като анализира връзките между звуковите вълни, температурата, материалите и процесите в тялото, за да контролира по-добре отпечатъка.

Система за управление, базирана на изкуствен интелект, която наблюдава процеса в реално време, би могла бързо да се адаптира към промените в тялото, а след това биомастилото би се втвърдило, когато е необходимо.