Printer 3D Ultrasonik Suatu Hari Bisa Memperbaiki Organ Tubuh Tanpa Operasi

Printer 3D Ultrasonik Suatu Hari Bisa Memperbaiki Organ Tubuh Tanpa Operasi

Stempel Waktu: 11 Desember 2023 5:35
Printer 3D Ultrasonik Suatu Hari Dapat Memperbaiki Organ Tubuh Tanpa Operasi Kecerdasan Data PlatoBlockchain. Pencarian Vertikal. Ai.

Sepotong kaki ayam segar dari peternakan diletakkan di atas permukaan yang masih asli di Harvard Medical School. Kulit dan tulangnya, diiris dengan tepat hingga hampir tidak retak pada tulangnya.

Sebuah lengan robot membelok, mengamati kerusakan tersebut, dan dengan hati-hati menyuntikkan campuran bahan cair ke dalam celah tersebut, termasuk beberapa bahan yang diisolasi dari rumput laut. Dengan beberapa kali denyut USG, cairan tersebut mengeras menjadi bahan seperti tulang dan menutup retakan.

Ini bukanlah pertunjukan makan malam avant-garde. Sebaliknya, ini adalah eksperimen inovatif untuk melihat apakah USG suatu hari nanti dapat digunakan untuk implan cetak 3D langsung di dalam tubuh kita.

Dipimpin oleh Dr. Yu Shrike Zhang di Rumah Sakit Brigham dan Wanita dan Sekolah Kedokteran Harvard, a Studi terbaru menggabungkan sifat unik USG dan pencetakan 3D untuk memperbaiki jaringan yang rusak. Inti dari teknologi ini adalah campuran bahan kimia yang membentuk gel sebagai respons terhadap gelombang sonik—ramuan yang dijuluki “tinta sono”.

Dalam satu pengujian, tim 3D mencetak bentuk tulang kartun di dalam sepotong besar perut babi yang terisolasi, USG dengan mudah menembus lapisan kulit dan jaringan lemak. Teknologi ini juga membuat struktur seperti sarang lebah di dalam hati babi yang terisolasi dan bentuk hati di ginjal.

Ini mungkin terdengar mengerikan, tetapi tujuannya bukan untuk mencetak emoji 3D di dalam jaringan hidup. Sebaliknya, suatu hari nanti dokter mungkin akan menggunakan ultrasound dan tinta sono untuk secara langsung memperbaiki organ-organ yang rusak di dalam tubuh sebagai alternatif dari operasi invasif.

Sebagai bukti konsep, tim menggunakan tinta sono untuk memperbaiki bagian jantung kambing yang terisolasi dan rusak. Setelah beberapa kali USG, tambalan yang dihasilkan menjadi gel dan menyatu dengan jaringan jantung di sekitarnya, pada dasarnya menjadi perban yang biokompatibel dan dapat diregangkan.

Tes lain mengisi tinta sono dengan obat kemoterapi dan menyuntikkan ramuan tersebut ke hati yang rusak. Dalam beberapa menit, tinta melepaskan obat ke area yang terluka, sekaligus menyisakan sebagian besar sel sehat di sekitarnya.

Teknologi ini menawarkan cara untuk mengubah operasi terbuka menjadi perawatan yang tidak terlalu invasif, menulis Dr. Yuxing Yao dan Mikhail Shapiro di California Institute of Technology, yang tidak terlibat dalam penelitian ini. Ini juga dapat digunakan untuk mencetak antarmuka tubuh-mesin yang merespons USG, membuat perangkat elektronik fleksibel untuk cedera jantung, atau secara efisien mengirimkan obat antikanker langsung ke sumbernya setelah operasi untuk membatasi efek samping.

“Kami masih jauh dari harapan untuk menghadirkan alat ini ke dalam klinik, namun pengujian ini menegaskan kembali potensi teknologi ini,” tersebut Zhang. “Kami sangat bersemangat untuk melihat perkembangannya setelah ini.”

Dari Cahaya ke Suara

Berkat keserbagunaannya, pencetakan 3D telah menangkap imajinasi para bioengineer membangun bagian biologis buatan-Misalnya, stent untuk penyakit jantung yang mengancam jiwa.

Prosesnya biasanya berulang. Printer 3D inkjet—mirip dengan printer kantor—menyemprotkan lapisan tipis dan “menyembuhkannya” dengan cahaya. Ini memadatkan tinta cair dan kemudian, lapis demi lapis, printer membangun keseluruhan struktur. Namun cahaya hanya dapat menerangi permukaan banyak material, sehingga tidak mungkin menghasilkan struktur 3D yang dicetak sepenuhnya dalam satu ledakan.

Studi baru ini beralih ke pencetakan volumetrik, di mana printer memproyeksikan cahaya ke dalam volume resin cair, memadatkan resin ke dalam struktur objek—dan voila, objek tersebut menjadi utuh.

Prosesnya jauh lebih cepat dan menghasilkan objek dengan permukaan lebih halus dibandingkan pencetakan 3D tradisional. Namun hal ini dibatasi oleh seberapa jauh cahaya dapat menyinari tinta dan bahan di sekitarnya—misalnya kulit, otot, dan jaringan lain.

Di sinilah peran USG. Terkenal untuk perawatan ibu, tingkat USG yang rendah dengan mudah menembus lapisan buram—seperti kulit atau otot—tanpa membahayakan. Disebut USG terfokus, para peneliti sedang mengeksplorasi teknologi untuk memantau dan menstimulasi otak dan jaringan lain.

Ini memiliki kelemahan. Gelombang suara menjadi kabur saat merambat melalui cairan yang melimpah di tubuh kita. Digunakan untuk mencetak struktur 3D, gelombang suara dapat menghasilkan desain yang sangat buruk. Untuk membuat printer 3D akustik, langkah pertama adalah mendesain ulang tintanya.

Resep Suara

Tim pertama kali bereksperimen dengan desain tinta yang dapat disembuhkan dengan ultrasound. Resep yang mereka buat adalah sup molekul. Beberapa mengeras saat dipanaskan; yang lain menyerap gelombang suara.

Tinta sono berubah menjadi gel hanya dalam beberapa menit setelah gelombang ultrasonik.

Prosesnya berjalan sendiri, jelas Yao dan Shapiro. Ultrasonografi memicu reaksi kimia yang menghasilkan panas yang diserap ke dalam gel dan mempercepat siklusnya. Karena sumber ultrasound dikendalikan oleh lengan robot, gelombang suara dapat difokuskan pada resolusi satu milimeter—sedikit lebih tebal dari rata-rata kartu kredit Anda.

Tim menguji beberapa resep tinta sono dan struktur sederhana yang dicetak 3D, seperti roda gigi tiga bagian multi-warna dan struktur bercahaya dalam gelap yang menyerupai pembuluh darah. Hal ini membantu tim menyelidiki batasan sistem dan mengeksplorasi potensi kegunaannya: Implan cetak 3D berpendar, misalnya, bisa lebih mudah dilacak di dalam tubuh.

Kedengarannya Sukses

Tim selanjutnya beralih ke organ yang terisolasi.

Dalam satu tes, mereka menyuntikkan tinta sono ke jantung kambing yang rusak. Kondisi serupa pada manusia dapat menyebabkan pembekuan darah dan serangan jantung yang mematikan. Perawatan yang umum adalah operasi jantung terbuka.

Di sini, tim memasukkan tinta sono langsung ke jantung kambing melalui pembuluh darah. Dengan denyut ultrasonografi yang terfokus secara tepat, tinta akan membentuk gel untuk melindungi bagian yang rusak—tanpa merusak bagian di sekitarnya—dan terhubung dengan jaringan jantung itu sendiri.

Dalam pengujian lain, mereka menyuntikkan tinta ke tulang kaki ayam yang patah dan merekonstruksi tulang tersebut “dengan ikatan yang mulus ke bagian aslinya,” tulis para penulis.

Pada tes ketiga, mereka mencampurkan doxorubicin, obat kemoterapi yang sering digunakan pada kanker payudara, ke dalam tinta sono dan menyuntikkannya ke bagian hati babi yang rusak. Dengan ledakan USG, tinta menempel di daerah yang rusak dan secara bertahap melepaskan obat ke dalam hati selama minggu berikutnya. Tim berpendapat metode ini dapat membantu meningkatkan pengobatan kanker setelah operasi pengangkatan tumor, jelas mereka.

Sistem ini hanyalah permulaan. Tinta Sono belum diuji di dalam tubuh makhluk hidup, dan dapat memicu efek racun. Dan meskipun USG secara umum aman, rangsangannya dapat meningkatkan tekanan gelombang suara dan memanaskan jaringan hingga 158 derajat Fahrenheit. Bagi Yao dan Shapiro, tantangan-tantangan ini dapat memandu teknologi.

Kemampuan untuk mencetak materi 3D lembut dengan cepat membuka pintu ke antarmuka bodi-mesin baru. Tambalan organ dengan perangkat elektronik yang tertanam dapat mendukung perawatan jangka panjang bagi penderita penyakit jantung kronis. USG juga dapat memacu regenerasi jaringan di bagian tubuh yang lebih dalam tanpa operasi invasif.

Selain aplikasi biomedis, tinta sono bahkan dapat membuat percikan pada kita dunia sehari-hari. Sepatu cetak 3D, misalnya, sudah memasuki pasar. Ada kemungkinan “sepatu lari masa depan dapat dicetak dengan metode akustik yang sama seperti memperbaiki tulang,” tulis Yao dan Shapiro.

Kredit Gambar: Alex Sanchez, Universitas Duke; Junjie Yao, Universitas Duke; Y. Shrike Zhang, Sekolah Kedokteran Harvard

Stempel Waktu:

Lebih dari Hub Singularity