Wideo: Scientists grow a human ear with new, skin-crawling 3D printing method
„Complications after surgery” is a vague and scary term that refers to secondary conditions, like infection, that develop post-surgery. Badania wykazały, że powikłania te dotykają nawet 50 milionów pacjentów na całym świecie i częściej pojawiają się w krajach o wysokim dochodzie, takich jak Stany Zjednoczone, gdzie operacje są bardziej powszechne.
W przypadku operacji rekonstrukcyjnych i kosmetycznych, których było 22 miliony łącznie w Stanach Zjednoczonych w 2018 roku według American Society of Plastic Surgeons, ryzyko to jest szczególnie namacalne, biorąc pod uwagę, że są one inwazyjne. Ale to ryzyko może zostać zrewolucjonizowane przez nowe odkrycie. Korzystając z nowych technik bioprintingu 3D, naukowcy zajmujący się biomateriałami i inżynierowie tkankowi z Chin, USA i Belgii odkryli, jak nieinwazyjnie hodować części ciała i narządy pod żywą skórą.
Ich nowe podejście do bioprintingu 3D i pozwala na nieinwazyjny wzrost tkanki i gojenie się ran. Działa ono poprzez wstrzykiwanie komórek bioink, materiału dodatkowego tradycyjnie stosowanego w biodruku 3D, pod skórę i wykorzystanie światła bliskiej podczerwieni do penetracji tkanki i przenoszenia konfigurowalnych projektów budowlanych — takich jak ucho lub abstrakcyjny kształt — do nowo wstrzykniętych komórek.
Ucho zaczęło się formować w ciągu zaledwie 20 sekund.
W nowym badaniu opublikowanym w piątek w czasopiśmie Science Advances, zespół wyjaśnia, w jaki sposób ich podejście odróżnia się od wcześniejszej pracy wykonanej w bioprintingu 3D.
„Obecnie strategie aplikacji in vivo dla drukowanych w 3D produktów makroskalowych są ograniczone do chirurgicznej implantacji lub drukowania 3D in situ na odsłoniętym urazie, przy czym obie wymagają odsłonięcia miejsca aplikacji”, piszą autorzy. ” nie mogą być dobrze spełnione przez istniejące technologie druku 3D, motywując nas do opracowania nieinwazyjnych technologii druku 3D, które mogą nieinwazyjnie sfabrykować pokryty tkanką bioink w dostosowane produkty, w tym żywe konstrukcje tkankowe in situ.”
Nieinwazyjne podejście naukowców działa poprzez wstrzykiwanie komórek bioink pod skórę myszy w miejscu rany lub przyszłej rekonstrukcji. Ten bioink nie ma początkowego kształtu, ale zawiera biologiczne bloki konstrukcyjne, które mogą być formowane w dowolną liczbę kształtów.
Po wstrzyknięciu bioink, badacze wystawiają obszar na działanie światła bliskiego podczerwieni, które zostało przepuszczone przez cyfrowy chip zawierający spersonalizowane instrukcje budowy bioink. Gdy światło przechodzi przez ten chip, odbiera instrukcje i przenosi je głęboko pod skórę do znajdującego się pod nim bioink.
W przeciwieństwie do innych form światła widzialnego, nawet światła UV, światło bliskiej podczerwieni jest w stanie przeniknąć głęboko do tkanki. To czyni je idealnym nośnikiem do dostarczania instrukcji budowy do bioink.
Po otrzymaniu instrukcji bioink zaczyna bezpiecznie przekształcać się pod skórą i przybierać nowy, dostosowany do potrzeb kształt. W badaniu naukowcy byli w stanie stworzyć abstrakcyjne kształty, takie jak krzyż i struktura przypominająca ciasto, a także przybliżenie ludzkiego ucha.
Autorzy piszą, że ucho zaczęło się formować w ciągu zaledwie 20 sekund na skórze myszy i utrzymywało swój kształt przez co najmniej miesiąc.
W filmie opisującym proces, autorzy mówią, że resztki bioink można usunąć z miejsca, aby odsłonić w pełni uformowaną nową tkankę.
W przyszłości autorzy mówią, że podejście takie jak to mogłoby być stosowane do spersonalizowanej i zróżnicowanej rekonstrukcji tkanek również u ludzi. Mają nadzieję, że takie nieinwazyjne podejście pozwoli chirurgom uniknąć niepotrzebnych i potencjalnie niebezpiecznych operacji rekonstrukcyjnych.
„Ta praca stanowi dowód koncepcji dla nieinwazyjnego biodruku 3D in vivo, który otworzyłby nową drogę dla medycznego druku 3D i posunąłby naprzód medycynę minimalnie inwazyjną lub nieinwazyjną”, piszą autorzy.
Abstrakt: Technologia druku trójwymiarowego (3D) ma ogromny potencjał w rozwoju medycyny klinicznej. Obecnie, strategie zastosowania in vivo dla produktów drukowanych 3D w skali makro są ograniczone do chirurgicznej implantacji lub drukowania 3D in situ na odsłoniętym urazie, przy czym obie wymagają odsłonięcia miejsca aplikacji. Tutaj pokazujemy cyfrową technologię druku 3D opartą na fotopolimeryzacji (DNP) w bliskiej podczerwieni (NIR), która umożliwia nieinwazyjny druk 3D in vivo konstrukcji tkankowych. W tej technologii, NIR jest modulowana do niestandardowego wzoru przez cyfrowe urządzenie mikromirror, i dynamicznie wyświetlana w celu przestrzennego wywołania polimeryzacji roztworów monomerów. Poprzez naświetlanie ex vivo wzorzystym NIR, wstrzykiwany podskórnie bioink może być nieinwazyjnie drukowany w spersonalizowane konstrukcje tkankowe in situ. Bez chirurgicznej implantacji, in vivo uzyskano spersonalizowane konstrukcje tkankowe przypominające ucho z chondryfikacją i naprawialnym rusztowaniem konformalnym wypełnionym komórkami tkanki mięśniowej. Praca ta stanowi dowód słuszności koncepcji nieinwazyjnego drukowania 3D in vivo.