Video: Forskere dyrker et menneskeligt øre med en ny 3D-printmetode, der kan krybe gennem huden

“Komplikationer efter operationen” er et vagt og skræmmende begreb, der henviser til sekundære tilstande, som f.eks. infektion, der opstår efter operationen. Undersøgelser har vist, at disse komplikationer påvirker op mod 50 millioner patienter på verdensplan og er mere tilbøjelige til at forekomme i højindkomstlande som USA, hvor operationer er mere almindelige.

For rekonstruktive og kosmetiske operationer, hvoraf der var 22 millioner kombineret i USA i 2018 ifølge American Society of Plastic Surgeons, er denne risiko særlig håndgribelig, da de er invasive. Men denne risiko kan blive revolutioneret af et nyt fund. Ved hjælp af nye 3D-bioprinting-teknikker har biomaterialeforskere og vævsingeniører fra Kina, USA og Belgien opdaget, hvordan man ikke-invasivt kan dyrke kropsdele og organer under levende hud.

Deres nye tilgang til 3D-bioprinting og giver mulighed for ikke-invasiv vævsvækst og sårheling. Det fungerer ved at injicere bioink-celler, det additive materiale, der traditionelt anvendes i 3D-bioprinting, under huden og bruge nær-infrarødt lys til at trænge ind i vævet og overføre tilpassede byggedesigns — som et øre eller en abstrakt form — til de nyligt injicerede celler.

Oøret begyndte at blive dannet på blot 20 sekunder.

I en ny undersøgelse, der blev offentliggjort fredag i tidsskriftet Science Advances, forklarer holdet, hvordan deres tilgang adskiller sig fra tidligere arbejde udført inden for 3D-bioprinting.

“I øjeblikket er in vivo-applikationsstrategierne for 3D-printede makroskalaprodukter begrænset til kirurgisk implantation eller in situ 3D-printing på det udsatte traume, hvilket begge kræver eksponering af applikationsstedet”, skriver forfatterne. “kan ikke opfyldes godt af de eksisterende 3D-printteknologier, hvilket motiverer os til at udvikle ikke-invasive 3D-printteknologier, der ikke-invasivt kan fremstille den vævsdækkede bioink til tilpassede produkter, herunder levende vævskonstruktioner in situ.”

Forskerens ikke-invasive tilgang fungerer ved først at injicere bioink-celler under huden på mus på stedet for et sår eller en fremtidig rekonstruktion. Denne bioink har ikke selv nogen oprindelig form, men indeholder de biologiske byggesten til at blive formet til et hvilket som helst antal former.

Efter indsprøjtning af bioinkten eksponerer forskerne området for nær-infrarødt lys, der er blevet ledt gennem en digital chip, som indeholder tilpassede byggeinstruktioner til bioinkten. Når lyset passerer gennem denne chip, opfanger det instruktionerne og transporterer dem dybt ind under huden til bioinkten nedenunder.

I modsætning til andre former for synligt lys, selv UV-lys, er nærinfrarødt lys i stand til at trænge dybt ind i vævet. Det gør det til en perfekt bærer til at levere byggeinstruktionerne til bioink.

Når bioblækket har modtaget sine instruktioner, begynder det at forvandle sig sikkert under huden og antage den nye, tilpassede form. I undersøgelsen var forskerne i stand til at skabe abstrakte former som et kors og en kagelignende struktur samt en tilnærmelse af et menneskeøre.

Forfatterne skriver, at øret begyndte at blive dannet på bare 20 sekunder på musens hud og bevarede sin form i mindst en måned.

I en video, der beskriver processen, siger forfatterne, at rester af bioink kunne fjernes fra stedet for at afsløre det fuldt dannede nye væv.

I fremtiden siger forfatterne, at en tilgang som denne også kunne bruges til personlig og forskelligartet vævsrekonstruktion hos mennesker. De håber, at en ikke-invasiv tilgang som denne vil gøre det muligt for kirurger at undgå unødvendige og potentielt farlige rekonstruktive operationer.

“Dette arbejde giver beviset for konceptet for den ikke-invasive in vivo 3D-bioprinting, der ville åbne en ny vej for medicinsk 3D-printing og fremme den minimalt invasive eller ikke-invasive medicin,” skriver forfatterne.

Resumé: Tredimensionel (3D) printteknologi har et stort potentiale til at fremme den kliniske medicin. I øjeblikket er in vivo-anvendelsesstrategierne for 3D-printede makroskalaprodukter begrænset til kirurgisk implantation eller in situ 3D-printning på det udsatte traume, hvilket begge kræver eksponering af anvendelsesstedet. Her viser vi en digital nær-infrarød (NIR) fotopolymerisering (DNP)-baseret 3D-printteknologi, som muliggør ikke-invasiv in vivo 3D-bioprinting af vævskonstruktioner. I denne teknologi moduleres NIR til et tilpasset mønster af en digital mikromirroranordning og projiceres dynamisk til rumlig induktion af polymerisering af monomeropløsninger. Ved ex vivo bestråling med den mønstrede NIR-stråling kan den subkutant injicerede biodims ikke-invasivt udskrives til tilpassede vævskonstruktioner in situ. Uden kirurgisk implantation blev der in vivo fremstillet en personlig øre-lignende vævskonstruktion med chondrifikation og en konforme konforme stillads med cellefyldte celler, der kan repareres af muskelvæv. Dette arbejde giver et bevis for konceptet for ikke-invasiv in vivo 3D-bioprinting.