Video: Vědci vypěstovali lidské ucho pomocí nové metody 3D tisku
„Komplikace po operaci“ je vágní a děsivý termín, který označuje sekundární stavy, jako je infekce, které se objeví po operaci. Studie ukázaly, že tyto komplikace postihují až 50 milionů pacientů na celém světě a častěji se objevují v zemích s vysokými příjmy, jako jsou Spojené státy, kde jsou operace častější.
U rekonstrukčních a kosmetických operací, kterých bylo podle Americké společnosti plastických chirurgů v roce 2018 v USA dohromady 22 milionů, je toto riziko obzvlášť citelné vzhledem k tomu, že jsou invazivní. Toto riziko by však mohl převratně změnit nový poznatek. Pomocí nových technik 3D bioprintingu objevili vědci zabývající se biomateriály a tkáňovými inženýry z Číny, USA a Belgie způsob, jak neinvazivně pěstovat části těla a orgány pod živou kůží.
Její nový přístup k 3D bioprintingu a umožňuje neinvazivní růst tkání a hojení ran. Funguje to tak, že se pod kůži vstříknou buňky bioinku, aditivního materiálu tradičně používaného při 3D bioprintingu, a pomocí blízkého infračerveného světla se pronikne do tkáně a do nově vstříknutých buněk se přenesou přizpůsobitelné stavební vzory – například ucho nebo abstraktní tvar.
Ucho se začalo tvořit za pouhých 20 sekund.
V nové studii publikované v pátek v časopise Science Advances tým vysvětluje, čím se jejich přístup odlišuje od předchozích prací provedených v oblasti 3D bioprintingu.
„V současné době jsou strategie aplikace in vivo pro 3D tištěné produkty v makroměřítku omezeny na chirurgickou implantaci nebo 3D tisk in situ na exponovaném traumatu, přičemž obě tyto strategie vyžadují expozici místa aplikace,“ píší autoři. “ nemohou být dobře splněny stávajícími technologiemi 3D tisku, což nás motivuje k vývoji neinvazivních technologií 3D tisku, které mohou neinvazivně vyrobit bioink pokrytý tkání do produktů na míru, včetně živých tkáňových konstruktů in situ.“
Neinvazivní přístup vědců funguje tak, že nejprve vstříknou buňky bioinku pod kůži myší v místě rány nebo budoucí rekonstrukce. Tento bioink sám o sobě nemá žádný počáteční tvar, ale obsahuje biologické stavební kameny, které lze tvarovat do libovolného počtu tvarů.
Po vstříknutí bioinku vystaví vědci danou oblast blízkému infračervenému světlu, které prošlo digitálním čipem obsahujícím přizpůsobené stavební instrukce pro bioink. Jak světlo prochází tímto čipem, zachycuje instrukce a přenáší je hluboko pod kůži do bioinku pod ním.
Na rozdíl od jiných forem viditelného světla, dokonce i UV světla, je blízké infračervené světlo schopno proniknout hluboko do tkáně. To z něj činí dokonalý nosič pro přenos stavebních instrukcí do bioinku.
Jakmile bioink obdrží instrukce, začne se pod kůží bezpečně transformovat a nabývat nového, na míru upraveného tvaru. Ve studii byli vědci schopni vytvořit abstraktní tvary, jako je kříž a struktura podobná dortu, a také přibližnou podobu lidského ucha.
Autoři píší, že ucho se na kůži myši začalo formovat během pouhých 20 sekund a svůj tvar si udrželo po dobu nejméně jednoho měsíce.
Ve videu popisujícím proces autoři uvádějí, že zbytky bioinku bylo možné z místa odstranit a odhalit tak plně zformovanou novou tkáň.
V budoucnu by se podle autorů mohl podobný přístup využít i pro personalizovanou a rozmanitou rekonstrukci tkání u lidí. Doufají, že neinvazivní přístup, jako je tento, by umožnil chirurgům vyhnout se zbytečným a potenciálně nebezpečným rekonstrukčním operacím.
„Tato práce poskytuje důkaz konceptu neinvazivního 3D bioprintingu in vivo, který by otevřel novou cestu pro lékařský 3D tisk a posunul minimálně invazivní nebo neinvazivní medicínu,“ píší autoři.
Abstrakt: Technologie trojrozměrného (3D) tisku má velký potenciál v rozvoji klinické medicíny. V současné době jsou strategie aplikace in vivo pro 3D tištěné výrobky v makroměřítku omezeny na chirurgickou implantaci nebo 3D tisk in situ na exponované trauma, přičemž obě tyto strategie vyžadují obnažení místa aplikace. Zde ukazujeme digitální technologii 3D tisku založenou na fotopolymerizaci v blízké infračervené oblasti (NIR), která umožňuje neinvazivní 3D bioprint in vivo tkáňových konstruktů. V této technologii je NIR modulováno do přizpůsobeného vzoru pomocí digitálního mikrozrcadlového zařízení a dynamicky promítáno pro prostorovou indukci polymerace roztoků monomerů. Ozářením ex vivo vzorovaným NIR lze subkutánně vstříknutý bioink neinvazivně vytisknout do přizpůsobených tkáňových konstruktů in situ. Bez chirurgické implantace byly in vivo získány personalizované tkáňové konstrukty podobné uchu s chondrifikací a konformní scaffold s reparačními buňkami svalové tkáně. Tato práce poskytuje důkaz konceptu neinvazivního 3D bioprintingu in vivo.