چاپگر سه بعدی اولتراسونیک می تواند یک روز بدون جراحی اعضای بدن را ترمیم کند

بازنشر افلاطون

دنبال: 0

چاپگر سه بعدی اولتراسونیک می تواند یک روز بدون جراحی ارگان های بدن را ترمیم کند. جستجوی عمودی Ai.

یک تکه پر از پای مرغ تازه مزرعه بر روی سطحی بکر در دانشکده پزشکی هاروارد قرار داشت. روی پوست و استخوان، دقیقاً برش خورده بود تا به سختی استخوان شکسته شود.

یک بازوی روباتی منحرف شد، شکستگی را اسکن کرد و با دقت یک کوکتل مایع از مواد تشکیل دهنده، از جمله برخی از جلبک های دریایی جدا شده را به داخل شکاف تزریق کرد. با چندین پالس اولتراسوند، مایع به شکل یک ماده استخوان مانند سفت شد و شکستگی را مهر و موم کرد.

این یک نمایش شام آوانگارد نبود. در عوض، این یک آزمایش ابتکاری بود تا ببینیم آیا می توان روزی از اولتراسوند برای پرینت سه بعدی ایمپلنت ها مستقیماً در داخل بدن ما استفاده کرد یا خیر.

به رهبری دکتر یو شریک ژانگ در بیمارستان بریگهام و زنان و دانشکده پزشکی هاروارد، مطالعه اخیر ترکیبی از خواص منحصر به فرد اولتراسوند و چاپ سه بعدی برای ترمیم بافت آسیب دیده. در قلب این فناوری، ترکیبی از مواد شیمیایی است که در پاسخ به امواج صوتی ژل می‌کنند – معجونی که «جوهر صوتی» نامیده می‌شود.

در یک آزمایش، این تیم یک شکل استخوانی کارتونی را در داخل یک تکه بزرگ از شکم جدا شده گوشت خوک پرینت سه بعدی کردند، سونوگرافی به راحتی به لایه‌های پوست و بافت چرب نفوذ می‌کند. این فناوری همچنین ساختارهای کندوی عسل را در داخل جگرهای جدا شده گوشت خوک و شکل قلب در کلیه ها ایجاد کرد.

ممکن است ترسناک به نظر برسد، اما هدف چاپ سه بعدی ایموجی ها در داخل بافت زنده نیست. در عوض، پزشکان ممکن است روزی از اولتراسوند و جوهر سونو برای ترمیم مستقیم اندام های آسیب دیده داخل بدن به عنوان جایگزینی برای جراحی تهاجمی استفاده کنند.

به عنوان اثبات مفهوم، تیم از جوهر سونو برای ترمیم ناحیه شکسته قلب جدا شده بز استفاده کرد. پس از چند انفجار اولتراسوند، پچ به‌دست‌آمده ژل می‌شود و به طور یکپارچه با بافت‌های اطراف قلب می‌چسبد و اساساً تبدیل به یک بانداژ زیست سازگار و قابل کشش می‌شود.

آزمایش دیگری، جوهر سونو را با یک داروی شیمی درمانی پر کرد و معجون را به کبد آسیب دیده تزریق کرد. در عرض چند دقیقه، جوهر دارو را در نواحی آسیب دیده رها کرد، در حالی که بیشتر سلول های سالم اطراف را حفظ کرد.

این فناوری راهی برای تبدیل جراحی های باز به درمان های کم تهاجمی ارائه می دهد. نوشت دکتر یوکسینگ یائو و میخائیل شاپیرو در موسسه فناوری کالیفرنیا که در این مطالعه شرکت نداشتند. همچنین می‌توان از آن برای چاپ رابط‌های بدن و ماشین که به امواج فراصوت پاسخ می‌دهند، ساخت وسایل الکترونیکی انعطاف‌پذیر برای آسیب‌های قلبی، یا تحویل مؤثر داروهای ضد سرطان مستقیماً به منبع پس از جراحی برای محدود کردن عوارض جانبی استفاده کرد.

ما هنوز با آوردن این ابزار به کلینیک فاصله داریم، اما این آزمایشات پتانسیل این فناوری را مجدداً تأیید کرد. گفت: ژانگ. ما بسیار هیجان‌زده هستیم که ببینیم از اینجا به کجا می‌توان رفت.»

از نور تا صدا

به لطف تطبیق پذیری آن، پرینت سه بعدی تخیل مهندسین زیستی را به خود جلب کرده است. ساخت قطعات بیولوژیکی مصنوعی-مثلا، استنت ها برای بیماری قلبی تهدید کننده زندگی

این فرآیند معمولاً تکراری است. یک پرینتر سه بعدی جوهرافشان - شبیه به یک چاپگر اداری - یک لایه نازک را اسپری می کند و آن را با نور "درمان" می کند. این جوهر مایع را جامد می کند و سپس، لایه به لایه، چاپگر یک ساختار کامل می سازد. با این حال، نور فقط می‌تواند سطح بسیاری از مواد را روشن کند و تولید یک ساختار سه بعدی کاملاً چاپ شده با یک انفجار غیرممکن است.

مطالعه جدید به چاپ حجمی تبدیل شد، جایی که یک چاپگر نور را به حجمی از رزین مایع پرتاب می‌کند و رزین را در ساختار جسم جامد می‌کند – و voilà، جسم به طور کامل ساخته می‌شود.

این فرآیند بسیار سریع‌تر است و اشیایی با سطوح صاف‌تر از چاپ سه بعدی سنتی تولید می‌کند. اما محدود به این است که چقدر نور می تواند از طریق جوهر و مواد اطراف آن بتابد - به عنوان مثال، پوست، ماهیچه و سایر بافت ها.

این جایی است که اولتراسوند وارد می شود. که بیشتر برای مراقبت از مادر شناخته شده است، سطوح پایین اولتراسوند به راحتی به لایه های مات - مانند پوست یا ماهیچه - بدون آسیب نفوذ می کند. محققان که سونوگرافی متمرکز نامیده می شود، در حال بررسی فناوری نظارت و تحریک مغز و سایر بافت ها هستند.

ایراداتی دارد. امواج صوتی هنگام عبور از مایعاتی که به وفور در بدن ما وجود دارند، محو می شوند. امواج صوتی که برای پرینت سه بعدی سازه ها استفاده می شود، می تواند افتضاحی از طرح اصلی ایجاد کند. برای ساخت یک چاپگر سه بعدی آکوستیک، اولین قدم طراحی مجدد جوهر بود.

دستور العمل صدا

این تیم ابتدا طرح های جوهری را آزمایش کردند که با اولتراسوند بهبود می یابند. دستور العملی که آنها پیدا کردند سوپ مولکول است. برخی از آنها هنگام گرم شدن جامد می شوند. دیگران امواج صوتی را جذب می کنند.

جوهر سونو تنها در چند دقیقه پس از پالس اولتراسوند به ژل تبدیل می شود.

یائو و شاپیرو توضیح دادند که این فرآیند خودکششی است. اولتراسوند یک واکنش شیمیایی ایجاد می کند که گرما را به ژل جذب می کند و چرخه را تسریع می کند. از آنجایی که منبع اولتراسوند توسط یک بازوی روباتیک کنترل می شود، می توان امواج صوتی را با وضوح یک میلی متر متمرکز کرد - کمی ضخیم تر از میانگین کارت اعتباری شما.

این تیم دستور العمل های متعددی با جوهر صوتی و ساختارهای ساده پرینت سه بعدی، مانند یک چرخ دنده سه تکه چند رنگ و ساختارهای درخشان در تاریکی شبیه رگ های خونی را آزمایش کردند. این به تیم کمک کرد تا محدودیت‌های سیستم را بررسی کند و کاربردهای بالقوه را بررسی کند: برای مثال، یک ایمپلنت با چاپ سه بعدی فلورسنت می‌تواند راحت‌تر در داخل بدن ردیابی شود.

موفقیت صدا

تیم بعداً به اندام های جدا شده روی آورد.

در یک آزمایش، آنها جوهر سونو را به قلب آسیب دیده بز تزریق کردند. یک وضعیت مشابه در انسان می تواند منجر به لخته شدن خون مرگبار و حملات قلبی شود. درمان رایج، جراحی قلب باز است.

در اینجا، تیم جوهر سونو را مستقیماً از طریق عروق خونی به قلب بز تزریق کردند. با پالس‌های اولتراسوند متمرکز، جوهر برای محافظت از ناحیه آسیب‌دیده - بدون آسیب رساندن به قسمت‌های مجاور - ژل می‌شود و به بافت‌های خود قلب متصل می‌شود.

نویسندگان نوشتند، در آزمایش دیگری، جوهر را به شکستگی استخوان پای مرغ تزریق کردند و استخوان را «با اتصال بدون درز به قسمت‌های اصلی» بازسازی کردند.

در آزمایش سوم، دوکسوروبیسین، یک داروی شیمی درمانی که اغلب در سرطان سینه استفاده می شود، را با جوهر سونوگرافی مخلوط کردند و آن را به قسمت های آسیب دیده کبد خوک تزریق کردند. با انفجار اولتراسوند، جوهر در نواحی آسیب دیده رسوب کرد و طی هفته بعد به تدریج دارو را وارد کبد کرد. آنها توضیح دادند که تیم فکر می کند این روش می تواند به بهبود درمان سرطان پس از برداشتن جراحی تومورها کمک کند.

سیستم فقط یک شروع است. جوهر سونو هنوز در داخل بدن زنده آزمایش نشده است و می تواند اثرات سمی ایجاد کند. و در حالی که اولتراسوند به طور کلی بی خطر است، تحریک می تواند فشار موج صوتی را افزایش دهد و بافت ها را تا 158 درجه فارنهایت گرم کند. برای یائو و شاپیرو، این چالش ها می توانند این فناوری را هدایت کنند.

توانایی چاپ سریع مواد سه بعدی نرم، راه را به روی رابط های بدنه و ماشین جدید باز می کند. پچ های اندام با لوازم الکترونیکی تعبیه شده می تواند از مراقبت طولانی مدت برای افراد مبتلا به بیماری مزمن قلبی پشتیبانی کند. سونوگرافی همچنین می تواند بازسازی بافت را در قسمت های عمیق تر بدن بدون جراحی تهاجمی تحریک کند.

به غیر از کاربردهای پزشکی، سونو جوهر حتی می تواند در ما سر و صدا ایجاد کند دنیای روزمره. به عنوان مثال، کفش های پرینت سه بعدی قبلاً وارد بازار شده اند. یائو و شاپیرو نوشتند که ممکن است «کفش‌های دویدن آینده را بتوان با همان روش آکوستیک که استخوان‌ها را ترمیم می‌کند چاپ کرد».

اعتبار تصویر: الکس سانچز، دانشگاه دوک. جونجی یائو، دانشگاه دوک؛ Y. Shrike Zhang، دانشکده پزشکی هاروارد