Video: Forskare odlar ett mänskligt öra med en ny 3D-utskriftsmetod som går genom huden

”Komplikationer efter operation” är en vag och skrämmande term som hänvisar till sekundära tillstånd, som infektioner, som utvecklas efter operationen. Studier har visat att dessa komplikationer påverkar uppemot 50 miljoner patienter världen över och att det är mer sannolikt att de uppträder i höginkomstländer som USA, där operationer är vanligare.

För rekonstruktiva och kosmetiska operationer, av vilka det fanns 22 miljoner sammanlagt i USA 2018 enligt American Society of Plastic Surgeons, är denna risk särskilt påtaglig med tanke på att de är invasiva. Men denna risk kan revolutioneras av ett nytt fynd. Med hjälp av nya 3D-bioprinting-tekniker har biomaterialforskare och vävnadsingenjörer från Kina, USA och Belgien upptäckt hur man på ett icke-invasivt sätt kan odla kroppsdelar och organ under levande hud.

Deras nya tillvägagångssätt för 3D-bioprinting och möjliggör icke-invasiv vävnadstillväxt och sårläkning. Det fungerar genom att man injicerar bioink-celler, det tillsatsmaterial som traditionellt används vid 3D-bioprinting, under huden och använder nära infrarött ljus för att tränga in i vävnaden och överföra anpassningsbara byggnadsdesigns – som ett öra eller en abstrakt form – till de nyligen injicerade cellerna.

Öronen började bildas på bara 20 sekunder.

I en ny studie som publicerades på fredagen i tidskriften Science Advances förklarar teamet hur deras tillvägagångssätt skiljer sig från tidigare arbete som gjorts inom 3D-bioprinting.

”För närvarande är in vivo-tillämpningsstrategierna för 3D-utskrivna makroskaliga produkter begränsade till kirurgisk implantation eller 3D-utskrift på plats vid det utsatta traumat, vilket i båda fallen kräver exponering av applikationsstället”, skriver författarna. ”kan inte uppfyllas väl av den befintliga 3D-utskriftstekniken, vilket motiverar oss att utveckla icke-invasiva 3D-utskriftstekniker som icke-invasivt kan tillverka den vävnadstäckta bioink till skräddarsydda produkter, inklusive levande vävnadskonstruktioner in situ.”

För forskarnas icke-invasiva tillvägagångssätt fungerar det så att man först injicerar bioink-celler under huden på möss på platsen för ett sår eller en framtida rekonstruktion. Denna bioink har ingen ursprunglig form i sig själv, men innehåller de biologiska byggstenarna för att kunna formas till ett valfritt antal former.

Efter att ha injicerat biotrycket exponerar forskarna området för nära infrarött ljus som har passerat genom ett digitalt chip som innehåller skräddarsydda bygginstruktioner för biotrycket. När ljuset passerar genom detta chip tar det upp instruktionerna och transporterar dem djupt under huden till biotrycket under.

Till skillnad från andra former av synligt ljus, till och med UV-ljus, kan närinfrarött ljus tränga djupt in i vävnaden. Detta gör det till en perfekt bärare för att leverera byggnadsinstruktionerna till bioink.

När bioinkan har fått sina instruktioner börjar den säkert omvandlas under huden och anta den nya, anpassade formen. I studien kunde forskarna skapa abstrakta former som ett kors och en kakliknande struktur samt en approximation av ett mänskligt öra.

Författarna skriver att örat började bildas på bara 20 sekunder på musens hud och behöll sin form i minst en månad.

I en video som beskriver processen säger författarna att överbliven bioinjektionsvätska kan avlägsnas från platsen för att avslöja den helt formade nya vävnaden.

Framöver säger författarna att ett tillvägagångssätt som detta skulle kunna användas för personaliserad och mångsidig vävnadsrekonstruktion även hos människor. De hoppas att ett icke-invasivt tillvägagångssätt som detta skulle göra det möjligt för kirurger att undvika onödiga och potentiellt farliga rekonstruktiva operationer.

”Det här arbetet ger ett konceptbevis för icke-invasiv 3D-bioprinting in vivo som skulle öppna en ny väg för medicinsk 3D-printing och främja den minimalt invasiva eller icke-invasiva medicinen”, skriver författarna.

Sammanfattning: Tredimensionell (3D-) utskriftsteknik har en stor potential för att främja klinisk medicin. För närvarande är in vivo-tillämpningsstrategierna för 3D-printade makroskaliga produkter begränsade till kirurgisk implantation eller in situ 3D-utskrift vid det utsatta traumat, vilket i båda fallen kräver exponering av applikationsstället. Här visar vi en digital nära-infraröd (NIR) fotopolymerisering (DNP)-baserad 3D-utskriftsteknik som möjliggör icke-invasiv in vivo 3D-bioprinting av vävnadskonstruktioner. I den här tekniken moduleras NIR till ett skräddarsytt mönster av en digital mikromirroranordning och projiceras dynamiskt för att rumsligt inducera polymeriseringen av monomerlösningar. Genom ex vivo bestrålning med den mönstrade NIR-strålningen kan den subkutant injicerade bioplasten skrivas ut i skräddarsydda vävnadskonstruktioner in situ på ett icke-invasivt sätt. Utan kirurgisk implantation erhölls in vivo en personlig öronliknande vävnadskonstruktion med kondrifiering och en konforma konforma ställningar med celler som kan repareras av muskelvävnad. Detta arbete ger ett konceptbevis för icke-invasiv 3D-bioprinting in vivo.