Video: Oamenii de știință cresc o ureche umană cu o nouă metodă de imprimare 3D care se târăște în piele

„Complicații după o intervenție chirurgicală” este un termen vag și înfricoșător care se referă la afecțiuni secundare, cum ar fi infecțiile, care apar după o intervenție chirurgicală. Studiile au arătat că aceste complicații afectează peste 50 de milioane de pacienți din întreaga lume și este mai probabil să apară în țările cu venituri ridicate, cum ar fi Statele Unite, unde intervențiile chirurgicale sunt mai frecvente.

Pentru intervențiile chirurgicale reconstructive și cosmetice, dintre care au fost 22 de milioane combinate în SUA în 2018, conform Societății Americane a Chirurgilor Plasticieni, acest risc este deosebit de palpabil, având în vedere că sunt invazive. Dar acest risc ar putea fi revoluționat de o nouă descoperire. Folosind noi tehnici de bioimprimare 3D, oamenii de știință din domeniul biomaterialelor și inginerii de țesuturi din China, SUA și Belgia au descoperit cum să crească în mod neinvaziv părți ale corpului și organe sub pielea vie.

Noua lor abordare a bioimprimării 3D și permite creșterea neinvazivă a țesuturilor și vindecarea rănilor. Aceasta funcționează prin injectarea de celule bioink, materialul aditiv utilizat în mod tradițional în bioimprimarea 3D, sub piele și prin utilizarea luminii în infraroșu apropiat pentru a penetra țesutul și a transfera modele de construcție personalizabile – cum ar fi o ureche sau o formă abstractă – către celulele nou injectate.

Urechea a început să se formeze în doar 20 de secunde.

Într-un nou studiu publicat vineri în revista Science Advances, echipa explică modul în care abordarea lor se deosebește de lucrările anterioare realizate în domeniul bioimprimării 3D.

„În prezent, strategiile de aplicare in vivo pentru produsele macroscopice imprimate 3D sunt limitate la implantarea chirurgicală sau la imprimarea 3D in situ la nivelul traumei expuse, ambele necesitând expunerea locului de aplicare”, scriu autorii. „nu pot fi bine satisfăcute de tehnologiile de imprimare 3D existente, motivându-ne să dezvoltăm tehnologii de imprimare 3D non-invazive care pot fabrica în mod non-invaziv bioincrustația acoperită cu țesut în produse personalizate, inclusiv construcții de țesut viu in situ.”

Abordarea non-invazivă a cercetătorilor funcționează prin injectarea mai întâi a celulelor de bioincrustație sub pielea șoarecilor la locul unei răni sau al unei viitoare reconstrucții. Acest bioink nu are o formă inițială propriu-zisă, dar conține elementele biologice de bază pentru a fi modelat în orice număr de forme.

După injectarea bioink-ului, cercetătorii expun zona la o lumină în infraroșu apropiat care a fost trecută printr-un cip digital care conține instrucțiuni de construcție personalizate pentru bioink. Pe măsură ce lumina trece prin acest cip, ea captează instrucțiunile și le transportă în profunzimea pielii până la bioîncreția de dedesubt.

În comparație cu alte forme de lumină vizibilă, chiar și cu lumina UV, lumina în infraroșu apropiat este capabilă să pătrundă adânc în țesut. Acest lucru o face un purtător perfect pentru transmiterea instrucțiunilor de construcție către bioîncremenire.

După ce bioinima și-a primit instrucțiunile, aceasta începe să se transforme în siguranță sub piele și să ia noua formă personalizată. În cadrul studiului, cercetătorii au reușit să creeze forme abstracte precum o cruce și o structură asemănătoare unui tort, precum și o aproximare a unei urechi umane.

Autorii scriu că urechea a început să se formeze în doar 20 de secunde pe pielea șoricelului și și-a menținut forma timp de cel puțin o lună.

Într-un videoclip care descrie procesul, autorii spun că resturile de bioink ar putea fi îndepărtate de la fața locului pentru a dezvălui noul țesut complet format.

În viitor, autorii spun că o astfel de abordare ar putea fi utilizată pentru reconstrucția personalizată și diversă a țesuturilor și la oameni. Ei speră că o astfel de abordare neinvazivă ar permite chirurgilor să evite operațiile de reconstrucție inutile și potențial periculoase.

„Această lucrare oferă dovada conceptului pentru bioimprimarea 3D in vivo neinvazivă in vivo, care ar deschide o nouă cale pentru imprimarea 3D medicală și ar avansa medicina minim invazivă sau neinvazivă”, scriu autorii.

Rezumat: Tehnologia de imprimare tridimensională (3D) are un mare potențial în avansarea medicinei clinice. În prezent, strategiile de aplicare in vivo pentru produsele macroscopice tipărite 3D sunt limitate la implantarea chirurgicală sau la imprimarea 3D in situ la nivelul traumei expuse, ambele necesitând expunerea locului de aplicare. Aici, prezentăm o tehnologie de imprimare 3D digitală bazată pe fotopolimerizare în infraroșu apropiat (NIR) (DNP) care permite bioimprimarea 3D in vivo neinvazivă a construcțiilor tisulare. În această tehnologie, NIR este modulat în model personalizat de către un dispozitiv digital cu microundă și proiectat în mod dinamic pentru a induce spațial polimerizarea soluțiilor de monomeri. Prin iradierea ex vivo cu NIR modelat, cerneala biologică injectată subcutanat poate fi imprimată în mod neinvaziv în construcții tisulare personalizate in situ. Fără implantare chirurgicală, au fost obținute in vivo construcții tisulare personalizate asemănătoare unei urechi cu condrificare și o schelă conformabilă încărcată cu celule reparabile de țesut muscular. Această lucrare oferă o dovadă a conceptului de bioimprimare 3D neinvazivă in vivo.