Учёные научились 3D-печати всяких штук прямо в теле живых организмов

Когда-нибудь врачи смогут печатать 3D-заплатки непосредственно в работающих органах, например, в бьющемся сердце, или начнут доставлять лекарства строго к выбранным участкам тела, что необходимо для борьбы со злокачественными опухолями. Для всех этих задач необходимо научиться печать модели глубоко в живых тканях, к чему вплотную приблизились учёные из Калифорнийского технологического института.

Источник изображений: California Institute of Technology

Традиционно для полимеризации 3D-моделей в медицине используется инфракрасный свет. Однако он плохо проникает под кожу и не может активировать полимеры глубоко в тканях. Поэтому учёные из Калтеха сделали ставку на ультразвук. Ультразвук широко применяется для диагностики внутренних органов и при определённых условиях может эффективно воздействовать на полимеры глубоко в теле животных и человека, сохраняя при этом абсолютную биосовместимость.

Учёные разработали следующий подход: сочетание ультразвука с липосомами, чувствительными к небольшим перепадам температур. Липосомы представляют собой похожие на клетки сферические пузырьки с несколькими жировыми слоями. Они уже используются в медицине для точечной доставки лекарств. Исследователи загрузили в липосомы сшивающее вещество и погрузили их в раствор полимера, содержащий мономеры. Также в раствор было помещено вещество для создания контраста на ультразвуковом изображении и лекарственный препарат для доставки его в составе будущей 3D-модели.

Вместо или вместе с лекарственным препаратом в жидкий ещё раствор полимера можно вносить токопроводящие вещества — серебро или углеродные нанотрубки, которые могут использоваться для создания электродов внутри тела на органах, например, для съёма ЭКГ.

Примеры 3d-печати ультразвуком внутри тела живых организмов

Частицы липосом чувствительны к небольшим изменениям температур. Это означает, что с помощью сфокусированного ультразвукового сигнала можно очень точно повышать температуру на мишени глубоко в живом теле. Достаточно локально повысить температуру всего на 5 ℃, чтобы липосомы высвободили связующие вещества и те начали процесс полимеризации. Контрастное вещество позволяет следить за формой формирующейся в тканях модели и точно корректировать печать.

Во время эксперимента на живой мыши учёные напечатали модель с лекарством рядом с опухолевой тканью. Наблюдение показало, что точное внесение препарата с помощью модели оказало более сильное лечебное воздействие, чем простая инъекция того же препарата.

«Мы уже показали на примере небольшого животного, что можем печатать гидрогели с лекарственным веществом для лечения опухолей, — заявили учёные. — Наш следующий этап — попытаться напечатать модель в более крупном животном и, надеемся, в ближайшем будущем мы сможем воспроизвести это на людях».