W ludzkim ciele wydrukują... dźwiękiem!

Nowego rodzaju tusz utwardza się pod działaniem skoncentrowanej wiązki ultradźwięków. Z jego pomocą będzie można w przyszłości naprawiać różne struktury w organizmie: od kości, po zastawki serca – twierdzą naukowcy.

Zespół z Duke University i Harvard Medical School (USA) zaprezentował właśnie biokompatybilny tusz, który zastyga, tworząc różne trójwymiarowe kształty pod wpływem fal ultradźwiękowych. Ponieważ reaguje na dźwięk, można na niego oddziaływać nawet wewnątrz głęboko ukrytych tkanek.

Badacze twierdzą, że z pomocą tej technologii będzie można naprawiać różne części organizmu, np. uszkodzone zastawki serca czy kości.

Metoda nosi nazwę „deep-penetrating acoustic volumetric printing” (DVAP, objętościowy druk z pomocą penetrujących głęboko fal akustycznych). Bazuje ona na zjawisku sono-termicznym, w którym fale akustyczne powodują wzrost temperatury w danym materiale.

„Ultradźwięki mogą wnikać ponad 100 razy głębiej niż światło, choć nadal można nimi sterować w przestrzeni. Możemy więc dotrzeć do różnych tkanek, np. kości czy narządów, z odpowiednią precyzją, której nie zapewniał druk oparty na świetle” – mówi prof. Junjie Yao, autor pracy opublikowanej w czasopiśmie „Science” (https://www.science.org/doi/10.1126/science.adi1563).

Tusz nazwany sono-ink łączy w sobie hydrożele, specjalne mikrocząstki i cząsteczki chemiczne, reagujące na ultradźwięki. Sterując nimi, można uzyskiwać różne kształty – od heksagonalnego rusztowania przypominającego właściwościami kość, po hydrożelowe baloniki.

Skład tuszu można zmieniać, tak aby jak najlepiej pasował do danego zastosowania. Materiał może stać się np. twardy, podobnie jak kość, albo np. ulegać biodegradacji.

„Sam tusz ma postać lepkiej cieczy, więc można go łatwo wstrzyknąć w docelowe miejsce. W czasie przesuwania w jego stronę ultradźwiękowej sondy składniki materiału łączą się ze sobą i tusz twardnieje” – wyjaśnia twórca metody, prof. Shrike Zhang, cytowany na stronie uczelni (https://pratt.duke.edu/news/soundwaves-harden-3d-printed-treatments-in-deep-tissues/).

Wynalazek przeszedł już próbę na naturalnym organie. Korzystający z niego w laboratorium naukowcy zamknęli uszkodzoną część serca kozy. Implant scalił się z narządem i był na tyle elastyczny, że wytrzymał ruch naśladujący naturalne bicie serca. Równie dobrze przeszedł test na kości kurczęcia.

Badacze pokazali, też, że metoda może posłużyć do podawania leków w odpowiednie miejsce. Zawierający wybrany farmaceutyk tusz wprowadzili do fragmentu wątroby. Po utwardzeniu materiał powoli uwalniał lek.

„Nadal wiele dzieli nas od wprowadzenia tego narzędzia do klinik, ale dotychczasowe testy potwierdziły potencjał tej technologii. Jesteśmy bardzo podekscytowani tym, dokąd może nas ona zaprowadzić” – stwierdza prof. Zhang.

„Ponieważ możemy drukować przez tkanki, widzimy wiele potencjalnych zastosowań tej techniki w chirurgii i terapii, które tradycyjnie wiązały się z bardzo inwazyjnymi i metodami. Praca ta otwiera fascynującą nową drogę w świecie druku 3D i z niecierpliwością czekamy, aby wspólnie zgłębić potencjał tego narzędzia” – dodaje prof. Yao.

PAP/ as/