Όταν κάποιος ακούει τη λέξη «βιοεκτυπωτής», πιθανότατα δημιουργεί εικόνες ογκώδους υλικού που βουίζει δυνατά σε ένα γραφείο σε ένα εργαστήριο με έντονο φωτισμό. Αλλά οι ερευνητές από τη Σχολή Μηχανικών της École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) ανατρέπουν τώρα αυτή την εικόνα με τη δημιουργία αυτού που αποκαλούν τον πρώτο στον κόσμο, σε μέγεθος χαπιού «καταπόσιμο βιοεκτυπωτή».
Χρησιμοποιώντας μαγνήτες και υπέρυθρο λέιζερ, οι ερευνητές απέδειξαν ότι μπορούσαν να οδηγήσουν εξ αποστάσεως μια κάψουλα (περίπου στο μέγεθος ενός ογκώδους συνταγογραφούμενου χαπιού) προς τα έλκη στο γαστρεντερικό σωλήνα. Μόλις τοποθετηθεί, ο εκτυπωτής απελευθερώνει μια ζωντανή «βιομελάνη» για την προώθηση της υγιούς επιδιόρθωσης των κυττάρων. Οι πρώιμες δοκιμές δείχνουν ότι ο μικροσκοπικός βιοεκτυπωτής θα μπορούσε να βοηθήσει στην επούλωση της βλάβης του γαστρεντερικού ιστού και ενδεχομένως να σφραγίσει αιμορραγίες, όλα αυτά χωρίς την ανάγκη επεμβατικής χειρουργικής επέμβασης. Και ενώ βρίσκονται ακόμη στα πρώτα στάδια των δοκιμών, οι ερευνητές λένε ότι αυτό το μοντέλο θα μπορούσε να χρησιμεύσει ως το «θεμέλιο» για μια εντελώς νέα μέθοδο μη επεμβατικής θεραπείας.
Τα ευρήματα ήταν αναλυτικά αυτή την εβδομάδα στο περιοδικό Προηγμένη Επιστήμη.
«Συνδυάζοντας τις αρχές των in-situ βιοεκτυπωτών με τις αρχές απελευθέρωσης φαρμάκων των έξυπνων καψουλών, μπορούμε να οραματιστούμε μια νέα κατηγορία συσκευών: έναν βιοεκτυπωτή μεγέθους χαπιού», επικεφαλής του εργαστηρίου για προηγμένες τεχνολογίες κατασκευής, Vivek Subramanian. είπε σε δήλωση.
Σχεδιάζοντας έναν εκτυπωτή σε μέγεθος ζελέ
Η ιδέα για έναν καταπόσιμο βιοεκτυπωτή πηγάζει από ένα σημαντικό εμπόδιο στον τρόπο με τον οποίο οι επαγγελματίες υγείας αντιμετωπίζουν τις γαστρεντερικές παθήσεις. Το 2019, ένας εκτιμάται 2,56 εκατομμύρια άνθρωποι σε όλο τον κόσμο πέθαναν από τέτοιες καταστάσεις, πολλές από τις οποίες σχετίζονται με φλεγμονώδη νόσο του εντέρου και ελκώδη κολίτιδα. Τα τρέχοντα θεραπευτικά σχήματα συνήθως εστιάζουν στη διαχείριση των συμπτωμάτων αντί στην αντιμετώπιση της βασικής αιτίας, που συχνά περιλαμβάνει υποκείμενη βλάβη των ιστών. Αυτό συμβαίνει επειδή η χειρουργική αποκατάσταση αυτής της βλάβης απαιτεί συνήθως επεμβατικές διαδικασίες. Αλλά το να ανοίξετε έναν ασθενή δεν είναι μια μικρή χειρουργική επέμβαση – συχνά περιλαμβάνει δυνητικά επικίνδυνη αναισθησία και αυξάνει σημαντικά τους κινδύνους μόλυνσης.
Τι θα γινόταν όμως αν ένα θεραπευτικό θα μπορούσε να βοηθήσει στη θεραπεία αυτού του ιστού από μέσα; Εκεί μπαίνει ο βιοεκτυπωτής μεγέθους χαπιού. Πρώτον, μια γρήγορη διευκρίνιση των όρων: στην εργασία τους, οι ερευνητές ορίζουν έναν βιοεκτυπωτή ως «ουσιαστικά έναν ελεγχόμενο διανομέα που κινείται κατά μήκος τουλάχιστον δύο αξόνων για να διαμορφώσει βιοϋλικά». Χρησιμοποιώντας αυτόν τον ορισμό ως βάση, ξεκίνησαν να δημιουργήσουν μια κάψουλα βιο-μελάνης με ελατήριο, την οποία ονομάζουν Magnetic Endoluminal Deposition System (MEDS).
Ο σχεδιασμός MEDS λειτουργεί σαν την όψη ενός στυλό με ελατήριο. Η κάψουλα είναι γεμάτη με ένα «βιο-μελάνη» που προέρχεται από φύκια, το οποίο, όταν αναπτύσσεται, χρησιμεύει ως ικρίωμα για την ανάπτυξη υγιών κυττάρων. Το μελάνι απελευθερώνεται αφού ωθηθεί προς τα εμπρός από ένα εσωτερικό ελατήριο, παρόμοιο με τον μηχανισμό του κλικ σε ένα στυλό για να τραβήξει το μελάνι του. Σαν στυλό, το ελατήριο επιστρέφει στην αφετηρία του. Μόλις αποβληθεί το μελάνι, οι ερευνητές λένε ότι ένας χειρουργός μπορεί να χρησιμοποιήσει το σύστημα μαγνητικής καθοδήγησης για να ανακτήσει την κάψουλα «μέσω της ίδιας στοματικής οδού».
Αυτό που κάνει το MEDS ιδιαίτερα καινοτόμο είναι ότι η όλη διαδικασία λαμβάνει χώρα χωρίς κανένα εσωτερικό ηλεκτρονικό σύστημα ή πρόσδεση που το συνδέει με το εξωτερικό του σώματος του ασθενούς. Αντίθετα, ένας μικρός μαγνήτης ενσωματωμένος στην κάψουλα επιτρέπει σε έναν εξωτερικό ρομποτικό βραχίονα στο χειρουργείο να «κατευθύνει» τον εκτυπωτή στη θέση-στόχο του. Μόλις τοποθετηθεί, το ελατήριο ενεργοποιείται από ακτινοβολία εγγύς υπέρυθρης ακτινοβολίας (NIR) που ενεργοποιείται όταν ο χειρουργός στρέφει προς το μέρος του ένα λέιζερ NIR έξω από το σώμα.
Αφού αποβληθεί από την κάψουλα, το μελάνι ανιχνεύεται σε ένα σχέδιο γύρω από τον κατεστραμμένο ιστό για να διασφαλιστεί η μέγιστη κάλυψη. Σε περίπτωση έλκους, το μελάνι προστατεύει το τραύμα από την έκθεση στο γαστρικό υγρό και μπορεί επίσης να συνδυαστεί με πρόσθετα θεραπευτικά μέσα για να βοηθήσει στην επιτάχυνση της επούλωσης. Οι ερευνητές δοκίμασαν τη συσκευή σε δύο τεχνητά έλκη σε προσομοιωμένο γαστρικό ιστό. Χρησιμοποίησαν επίσης μια παρόμοια ρύθμιση για να μοντελοποιήσουν μια αιμορραγία. Όταν εγκαταστάθηκε, ο καταποτικός βιοεκτυπωτής ήταν σε θέση να εξωθήσει ένα στεγανωτικό και να προκαλέσει πήξη, κλείνοντας αποτελεσματικά την προσομοιωμένη αιμορραγία.
«Στα ελεγχόμενα εργαστηριακά πειράματά μας, το γεμάτο με κύτταρα βιομελάνη μας διατήρησε τη δομική του ακεραιότητα για περισσότερες από 16 ημέρες, υποδηλώνοντας τη δυναμική του ως «μικρο-βιοαντιδραστήρα» που μπορεί να απελευθερώσει αυξητικούς παράγοντες και να στρατολογήσει νέα κύτταρα για την επούλωση πληγών», δήλωσε ο φοιτητής διδάκτορας Sanjay Manoharan σε δήλωση.
Συγγενεύων: [New bioprinter 3D prints human tissue 10x faster]
Αποστολή βιοεκτυπωτών πέρα από τον τύπο
Οι ερευνητές ελπίζουν ότι αυτός ο νέος τύπος θεραπευτικής μεθόδου χορήγησης θα μπορούσε κάποτε να χρησιμοποιηθεί για τη θεραπεία ποικίλων ασθενειών, τόσο γαστρεντερικών όσο και πέραν αυτών, που διαφορετικά θα απαιτούσαν επεμβατικές χειρουργικές επεμβάσεις. Ήδη σχεδιάζουν να επεκτείνουν τις δοκιμές τους για να συμπεριλάβουν αιμοφόρα αγγεία και άλλους ιστούς εκτός της κοιλιακής κοιλότητας. Για να το κάνετε αυτό, πιθανότατα θα απαιτήσει τον εξοπλισμό της κάψουλας με ισχυρότερους μαγνήτες για να αυξηθεί η εμβέλεια στην οποία μπορεί να ελεγχθεί.
Αυτό που παραμένει ασαφές, όμως, είναι πότε, ή ακόμα και ανμια διαδικασία που χρησιμοποιεί αυτόν τον βιοεκτυπωτή θα είναι διαθέσιμη στο ευρύ κοινό. Πρέπει ακόμη να διεξαχθούν κλινικές μελέτες σε ανθρώπους, και ακόμη και τότε, υπάρχει πολύς δρόμος μπροστά μέχρι να θεωρηθεί βιώσιμη επιλογή θεραπείας. Ωστόσο, οι ερευνητές που συμμετέχουν είναι αισιόδοξοι ότι το MEDS «καθιερώνει βασικές αρχές μηχανικής» για τη μελλοντική ανάπτυξη μη επεμβατικών συστημάτων βιοεκτύπωσης.
Αγοράστε τις εκπτώσεις Prime Day της Amazon
VIA: popsci.com
