#НКП_СМИ #3D #БиоПечать
Исследователи UNSW представили прототип устройства, которое может напрямую 3D-печатать живые клетки на внутренних органах и потенциально использоваться в качестве универсального эндоскопического хирургического инструмента.
Крошечный гибкий 3D-биопринтер, разработанный в UNSW Sydney, напечатал различные материалы различной формы на поверхности почки свиньи.
Инженеры из UNSW Sydney разработали миниатюрную и гибкую мягкую роботизированную руку, которую можно использовать для 3D-печати биоматериалами непосредственно на органах внутри тела.
3D-биопечать - это процесс, при котором биомедицинские детали изготавливаются из так называемых биочернил (комбинации клеток и обычно биополимерных гелей) "Bio-ink" для создания естественных тканеподобных структур.
Биопечать в основном используется в исследовательских целях, таких как тканевая инженерия и разработка новых лекарств, и обычно требует использования больших 3D-печатных машин для создания клеточных структур вне живого тела.
Новое исследование Лаборатории медицинской робототехники UNSW под руководством доктора Тхана Нхо До и его аспирантки Май Тхан Тай в сотрудничестве с другими исследователями из UNSW, в том числе профессором Найджелом Ловеллом, доктором Хоанг-Фуонг Фан и доцентом Еленой Рняк-Ковачиной, подробно описано в статье, опубликованной в журнале Advanced Science.
Результатом их работы стал крошечный гибкий 3D-биопринтер, который можно вставлять в тело, как эндоскоп, и напрямую доставлять многослойные биоматериалы на поверхность внутренних органов и тканей.
Проверенное на практике концептуальное устройство, известное как F3DB, оснащено очень маневренной поворотной головкой, которая "печатает" биопечать, прикрепленную к концу длинной и гибкой руки робота, похожей на змею, которой можно управлять извне.
Исследовательская группа говорит, что при дальнейшем развитии, и, возможно, в течение пяти-семи лет, технология может быть использована медицинскими работниками для доступа к труднодоступным участкам внутри тела через небольшие надрезы кожи или естественные отверстия.
Исследовательская группа протестировала устройство внутри искусственной толстой кишки, где оно могло проходить через ограниченные пространства, прежде чем успешно выполнить 3D-печать.
Доктор До и его команда протестировали свое устройство внутри искусственной толстой кишки, а также 3D-печать различных материалов различной формы на поверхности почки свиньи.
“Существующие методы 3D-биопечати требуют, чтобы биоматериалы изготавливались вне тела, и для их имплантации человеку обычно требуется обширная открытая операция в открытом поле, что увеличивает риск заражения”, - сказал доктор До, старший научный сотрудник Высшей школы биомедицинской инженерии UNSW (GSBmE) и Института медико-санитарной инженерии Фонда Тайри.(IHealthE).
“Наш гибкий 3D-биопринтер позволяет доставлять биоматериалы непосредственно в ткани или органы-мишени с помощью минимально инвазивного подхода.
“Эта система предлагает потенциал для точной реконструкции трехмерных ран внутри тела, таких как повреждения стенки желудка или повреждения и заболевания внутри толстой кишки.
“Наш прототип способен печатать в 3D многослойные биоматериалы разных размеров и форм в ограниченных и труднодоступных местах благодаря своему гибкому корпусу.
“Наш подход также учитывает значительные ограничения существующих 3D-биопринтеров, такие как несоответствие поверхности между биоматериалами, напечатанными на 3D-принтере, и целевыми тканями / органами, а также структурные повреждения при ручной обработке, переносе и транспортировке”.
Профессор Найджел Ловелл, глава GSBmE и директор IHealthE, добавил: “В настоящее время нет коммерчески доступных устройств, которые могли бы выполнять 3D-биопечать in situ на внутренних тканях / органах, удаленных от поверхности кожи. Были представлены некоторые другие устройства, подтверждающие концепцию, но они гораздо более жесткие и сложные в использовании в сложных и ограниченных пространствах внутри тела ”.
Самый маленький прототип F3DB, созданный командой UNSW, имеет диаметр, аналогичный коммерческим терапевтическим эндоскопам (примерно 11-13 мм), который достаточно мал для введения в желудочно-кишечный тракт человека.
Но исследователи прогнозируют, что его можно будет легко масштабировать до еще меньшего масштаба для будущих медицинских целей.
Устройство оснащено трехосевой печатающей головкой, установленной непосредственно на кончике мягкой роботизированной руки. Эта печатающая головка, состоящая из мягких искусственных мышц, которые позволяют ей двигаться в трех направлениях, работает очень похоже на обычные настольные 3D-принтеры.
Мягкая роботизированная рука может сгибаться и изгибаться благодаря гидравлике и может быть изготовлена любой требуемой длины. Его жесткость можно точно настроить с помощью различных типов эластичных трубок и тканей.
Печатающая насадка может быть запрограммирована на печать заранее определенных форм или управляться вручную, когда требуется более сложная или неопределенная биопечать. Кроме того, команда использовала контроллер на основе машинного обучения, который может помочь в процессе печати.
Чтобы еще раз продемонстрировать осуществимость технологии, команда UNSW проверила жизнеспособность клеток живого биоматериала после печати с помощью их системы.
Эксперименты показали, что процесс не повлиял на клетки, и большинство клеток после печати оказались живыми. Затем клетки продолжали расти в течение следующих семи дней, и через неделю после печати наблюдалось в четыре раза больше клеток.
Исследовательская группа также продемонстрировала, как F3DB потенциально может использоваться в качестве универсального эндоскопического хирургического инструмента для выполнения целого ряда функций.
Они говорят, что это может быть особенно важно в хирургии для удаления некоторых видов рака, особенно колоректального рака, с помощью процесса, известного как эндоскопическая подслизистая диссекция (ESD).
Во всем мире колоректальный рак является третьей по распространенности причиной смерти от рака, но раннее удаление колоректальной неоплазии приводит к увеличению как минимум на 90процентов пятилетней выживаемости пациентов.
Сопло печатающей головки F3DB можно использовать как электрический скальпель, чтобы сначала пометить, а затем вырезать раковые образования.
Вода также может направляться через сопло для одновременной очистки от крови и лишних тканей на месте, в то время как более быстрому заживлению может способствовать немедленная 3D-печать биоматериала непосредственно во время работы роботизированной руки.
Исследовательская группа продемонстрировала, как F3DB можно использовать различными способами, если разработать как универсальный эндоскопический хирургический инструмент.
Способность выполнять такие многофункциональные процедуры была продемонстрирована на кишечнике свиньи, и исследователи говорят, что результаты показывают, что F3DB является многообещающим кандидатом для будущей разработки универсального эндоскопического хирургического инструмента.
“По сравнению с существующими эндоскопическими хирургическими инструментами, разработанный F3DB был разработан как универсальный эндоскопический инструмент, который позволяет избежать использования сменных инструментов, которые обычно связаны с более длительным временем процедуры и риском заражения”, - сказал Май Тхань Тай.
Следующим этапом разработки системы, на которую был выдан предварительный патент, является тестирование in vivo на живых животных для демонстрации ее практического использования.
Исследователи также планируют внедрить дополнительные функции, такие как встроенная камера и система сканирования в реальном времени, которая будет реконструировать 3D-томографию движущихся тканей внутри тела.
p.s. Фото от доктора Тхань До
Источник: https://newsroom.unsw.edu.au/news/science-tech/3d-bioprinting-inside-human-body-could-be-possible-thanks-new-soft-robot
