Хірургічні втручання більше не будуть необхідні: науковці вперше здійснили 3D-друк органів безпосередньо в тілі.

Нещодавно дослідники знайшли спосіб створювати медичні імплантати просто всередині тіла, не розрізаючи його. Замість скальпелів і швів вони використовують ултразвук. Цей метод, що дістав назву глибокого звукового друку в природних умовах (DISP), уже було випробувано на мишах і кроликах, показавши перспективність для лікування раку і загоєння ран.

Група, що розробила DISP, під керівництвом біомедичного інженера Вея Гао з Каліфорнійського технологічного інституту (Caltech), представила свої результати в статті, опублікованій у журналі Science. У цій роботі описується процес введення в організм спеціального "біочорнила" та подальше застосування ультразвукових хвиль для надання йому необхідної твердості та форм.

Ці біочорнила містять полімерні ланцюги та зшивальні агенти, які є основними компонентами гідрогелю. Щоб уникнути передчасного утворення гідрогелю, зшивальні агенти поміщаються в крихітні ліпідні капсули, відомі як ліпосоми. Ці ліпосоми розроблені так, що при нагріванні до 41,7 градусів за Цельсієм, що лише трохи вище нормальної температури тіла, вони руйнуються.

Спрямовуючи сфокусований ультразвук у певні точки, дослідники можуть нагрівати та розривати ліпосоми, вивільняючи зшивальні речовини та тверднучи гідрогель саме там, де це необхідно.

На відміну від старіших технологій, що використовують інфрачервоне світло, яке погано проникає вглиб шкіри, ультразвукові методи здатні досягати тканин на відстані кількох сантиметрів. В експериментах на тваринах дослідницька група змогла успішно нанести гідрогелеві структури на глибину до 4 сантиметрів під шкірним покривом.

Вони навіть надавали матеріалу форму зірок і крапель, демонструючи точний контроль. В одному з експериментів вони ввели в біочорнило хіміотерапевтичний препарат доксорубіцин і надрукували його поруч із пухлинами сечового міхура у мишей. Гідрогель, що повільно вивільнявся, за кілька днів убив значно більше ракових клітин порівняно зі стандартними ін'єкціями ліків.

Окрім забезпечення доставки медикаментів, DISP також може бути застосовано для регенерації тканин і здійснення моніторингу здоров’я у реальному часі. Завдяки включенню в біочорнило передових матеріалів, таких як вуглецеві нанотрубки або срібні нанонитки, вчені розробили гідрогелі, які можуть реагувати на зміни температури та електричні імпульси.

Їх можна використовувати для моніторингу серцевих ритмів або м'язової активності всередині організму. При цьому гідрогелі не виявляли ознак токсичності, а невикористане біочорнило виводилося з організму природним шляхом протягом тижня.

Команда також застосувала газові везикули — мікроскопічні білкові структури, наповнені газом, які використовуються як контрастні агенти для візуалізації. Ці бульбашки змінюють свій ультразвуковий сигнал під час утворення гідрогелю, що дозволяє спостерігати процес друку в режимі реального часу. Такий зворотний зв'язок забезпечує коректне затвердіння матеріалу в потрібних місцях.

Незважаючи на те, що DISP все ще знаходиться на етапі експериментальних досліджень, науковці виявляють оптимізм щодо його подальшого розвитку. Вони планують провести випробування цієї методики на більших тваринах, а в кінцевому підсумку й на людях. Однією з їхніх амбіцій є створення систем, що працюють на основі штучного інтелекту, які зможуть здійснювати друк матеріалів безпосередньо всередині рухомих органів, таких як, наприклад, серце, що пульсує.

Якщо цей підхід виявиться ефективним, він здатен кардинально змінити методи лікування, відновлення тканин і моніторингу здоров'я лікарями. Все це можливо буде здійснити зсередини організму, уникаючи при цьому інвазивних хірургічних процедур.

Раніше Фокус повідомляв, що хворобу Паркінсона планують лікувати за допомогою ультразвукової діагностики. Згідно з новим дослідженням, у пацієнтів із цим захворюванням спостерігалося значне зменшення тремору, поліпшення рухливості та інших фізичних симптомів після проведення малоінвазивної процедури, що використовує сфокусований ультразвук.

Фокус також повідомляв, що дослідникам вдалося підвищити безпеку процедури трансплантації органів. Одне антитіло здатне кардинально змінити підходи до трансплантації, забезпечуючи її безпечність на новому рівні.