Ultraheli 3D-printer võib üks päev parandada keha organeid ilma operatsioonita

Taasavaldanud Platon

järgijaid: 0

Ultraheli 3D-printer võib üks päev parandada keha organeid ilma operatsioonita PlatoBlockchaini andmete intelligentsus. Vertikaalne otsing. Ai.

Lihtne tükk farmi värsket kanakoiba toetus Harvardi meditsiinikoolis puutumata pinnale. Nahk peal ja luu sees, see oli täpselt viilutatud, et luu vaevu praguneks.

Robotikäsi kaldus ümber, kontrollis purunemist ja süstis praosse ettevaatlikult vedela kokteili koostisainetest, sealhulgas mõnedest merevetikatest eraldatud koostisosadest. Mitme ultraheliimpulsiga kõvastus vedelik luutaoliseks materjaliks ja tihendas luumurru.

See ei olnud avangardne õhtusöök. Pigem oli tegemist uuendusliku katsega, et näha, kas ultraheli saab ühel päeval kasutada implantaatide 3D-printimiseks otse meie keha sees.

Dr Yu Shrike Zhangi juhtimisel Brighami ja naistehaiglas ning Harvardi meditsiinikoolis, a hiljutine uuring ühendas kahjustatud koe parandamiseks ultraheli ja 3D-printimise ainulaadsed omadused. Tehnoloogia keskmes on segu kemikaalidest, mis geelistuvad vastuseks helilainetele – segu, mida nimetatakse "sono-tindiks".

Ühes katses printis meeskond 3D-s koomiksikujulise luukuju suure isoleeritud sea kõhutüki sisse, ultraheli tungis kergesti rasvase naha ja kudede kihtidesse. See tehnoloogia valmistas ka isoleeritud seamaksa sees mesitarutaolisi struktuure ja neerudesse südamekuju.

See võib kõlada õudselt, kuid eesmärk ei ole emotikonide 3D-printimine eluskoesse. Pigem võivad arstid ühel päeval invasiivse kirurgia alternatiivina kasutada ultraheli ja sono-tinti, et otseselt parandada kehas kahjustatud elundeid.

Idee tõestuseks kasutas meeskond isoleeritud kitse südame katkise piirkonna parandamiseks sono-tinti. Pärast paari ultrahelilööki kleepus saadud plaaster geeliks ja haakus sujuvalt ümbritseva südamekoega, muutudes sisuliselt bioühilduvaks venitatavaks sidemeks.

Teises testis laaditi sono-tint keemiaravi ravimiga ja süstiti segu kahjustatud maksa. Mõne minuti jooksul vabastas tint ravimi vigastatud kohtadesse, säästes samal ajal enamikku tervetest ümbritsevatest rakkudest.

Tehnoloogia pakub võimalust muuta avatud operatsioonid väheminvasiivseteks ravimeetoditeks, kirjutas Dr. Yuxing Yao ja Mihhail Shapiro California Tehnoloogiainstituudist, kes ei osalenud uuringus. Seda saab kasutada ka ultrahelile reageerivate keha-masina liideste printimiseks, südamevigastuste jaoks paindliku elektroonika loomiseks või vähivastaste ravimite tõhusaks toimetamiseks otse pärast operatsiooni allikasse, et piirata kõrvaltoimeid.

"Me oleme selle tööriista kliinikusse toomisest veel kaugel, kuid need testid kinnitasid selle tehnoloogia potentsiaali," ütles Zhang. "Oleme väga põnevil, et näha, kuhu see siit edasi saab."

Valgusest helini

Tänu oma mitmekülgsusele on 3D-printimine köitnud bioinseneride kujutlusvõimet. tehisbioloogiliste osade ehitamine-näiteks, stendid eluohtliku südamehaiguse korral.

Protsess on tavaliselt iteratiivne. Tindiprinteri 3D-printer, mis sarnaneb kontoriprinteriga, pritsib õhukese kihi välja ja "ravib" seda valgusega. See tahkub vedela tindi ja seejärel ehitab printer kiht-kihi haaval terve struktuuri. Ometi suudab valgus valgustada ainult paljude materjalide pinda, mistõttu ei ole võimalik ühe löögiga luua täielikult prinditud 3D-struktuuri.

Uus uuring pöördus mahuprintimise poole, kus printer projitseerib valguse vedela vaigu mahuks, tahkestades vaigu objekti struktuuriks – ja voilà, objekt ehitatakse tervikuna.

Protsess on palju kiirem ja toodab siledamate pindadega objekte kui traditsiooniline 3D-printimine. Kuid see on piiratud sellega, kui kaugele võib valgus paista läbi tindi ja ümbritseva materjali – näiteks naha, lihaste ja muude kudede.

Siin tulebki appi ultraheli. Kõige paremini tuntud emahoolduse poolest, madalal tasemel ultraheli tungib kergesti läbi läbipaistmatutesse kihtidesse – nagu nahk või lihased – kahjustamata. Teadlased, mida nimetatakse fokuseeritud ultraheliks, uurivad tehnoloogiat aju ja muude kudede jälgimiseks ja stimuleerimiseks.

Sellel on puudusi. Helilained hägustuvad, kui nad liiguvad läbi vedelike, mida meie kehas on palju. 3D-printimisstruktuuride jaoks kasutatuna võivad helilained tekitada esialgse disaini jäleduse. Akustilise 3D-printeri ehitamiseks oli esimene samm tindi ümberkujundamine.

Heli retsept

Meeskond katsetas esmalt ultraheliga kõvenevate tindikujundustega. Retsept, mille nad välja mõtlesid, on molekulide supp. Mõned tahkuvad kuumutamisel; teised neelavad helilaineid.

Sono-tint muutub geeliks vaid minutitega pärast ultraheli impulsse.

Protsess on iseliikuv, selgitasid Yao ja Shapiro. Ultraheli käivitab keemilise reaktsiooni, mis tekitab soojust, mis imendub geeli ja kiirendab tsüklit. Kuna ultraheli allikat juhib robotkäsi, on võimalik helilaineid teravustada ühe millimeetri eraldusvõimele, mis on pisut paksem kui teie keskmine krediitkaart.

Meeskond katsetas mitmeid sono-tindi retsepte ja 3D-prinditud lihtsaid struktuure, nagu mitmevärviline kolmeosaline käik ja veresooni meenutavad pimedas helendavad struktuurid. See aitas meeskonnal uurida süsteemi piire ja uurida võimalikke kasutusvõimalusi: näiteks fluorestseeruvat 3D-prinditud implantaati oleks lihtsam keha sees jälgida.

Heli edu

Järgmisena pöördus meeskond isoleeritud elundite poole.

Ühes katses süstisid nad kahjustatud kitse südamesse sono-tinti. Sarnane seisund inimestel võib põhjustada surmavaid verehüübeid ja südameinfarkti. Tavaline ravi on avatud südameoperatsioon.

Siin infundeeris meeskond sono-tindi veresoonte kaudu otse kitse südamesse. Täpselt fokuseeritud ultraheliimpulssidega geelistub tint kahjustatud piirkonna kaitsmiseks – kahjustamata naaberosi – ja ühendati südame enda kudedega.

Teises katses süstisid nad tinti kana sääre luumurdu ja rekonstrueerisid luu "õmblusteta sidemega looduslike osadega", kirjutasid autorid.

Kolmandas testis segasid nad doksorubitsiini, sageli rinnavähi raviks kasutatavat keemiaravi ravimit, sono-tindiga ja süstisid seda seamaksa kahjustatud osadesse. Ultraheli löökide abil settis tint kahjustatud piirkondadesse ja vabastas ravimi järk-järgult maksa järgmise nädala jooksul. Meeskond arvab, et see meetod võib aidata parandada vähiravi pärast kasvajate kirurgilist eemaldamist, selgitasid nad.

Süsteem on alles algus. Sono-tinti pole elusorganismis veel testitud ja see võib põhjustada toksilisi mõjusid. Ja kuigi ultraheli on üldiselt ohutu, võib stimulatsioon suurendada helilaine rõhku ja soojendada kudesid kuni 158 kraadi Fahrenheiti järgi. Yao ja Shapiro jaoks võivad need väljakutsed tehnoloogiat juhtida.

Võimalus kiiresti printida pehmeid 3D-materjale avab ukse uutele kere-masina liidestele. Sisseehitatud elektroonikaga elundiplaastrid võivad toetada krooniliste südamehaigustega inimeste pikaajalist hooldust. Ultraheli võib ka õhutada kudede regeneratsiooni keha sügavamates osades ilma invasiivse operatsioonita.

Kui biomeditsiinilised rakendused kõrvale jätta, võib sono-tint isegi meie jaoks silmapaistvalt esile tuua igapäevane maailm. Näiteks 3D-prinditud kingad on juba turule tulnud. Võimalik, et "tuleviku jooksujalatseid võidakse trükkida sama akustilise meetodiga, mis parandab luid," kirjutasid Yao ja Shapiro.

Pildi krediit: Alex Sanchez, Duke'i ülikool; Junjie Yao, Duke'i ülikool; Y. Shrike Zhang, Harvardi meditsiinikool