מדפסת תלת מימד אולטרסאונד תוכל יום אחד לתקן איברים בגוף ללא ניתוח

מדפסת תלת מימד אולטרסאונד תוכל יום אחד לתקן איברים בגוף ללא ניתוח

חותמת זמן: 11 בדצמבר, 2023 5:35
מדפסת תלת מימד אולטרסאונד תוכל יום אחד לתקן איברים בגוף ללא ניתוח PlatoBlockchain Data Intelligence. חיפוש אנכי. איי.

חתיכה שמנמנה של רגל עוף טרייה בחווה נחה על משטח בתולי בבית הספר לרפואה של הרווארד. עור על ועצם פנימה, זה היה פרוס בדיוק כדי בקושי לפצח את העצם.

זרוע רובוט סטתה, סרקה את השבר והזריקה בזהירות קוקטייל נוזלי של מרכיבים לתוך הסדק, כולל כמה בודדים מאצות. בכמה פולסים של אולטרסאונד, הנוזל התקשה לחומר דמוי עצם ואטם את השבר.

זו לא הייתה מופע ארוחת ערב אוונגרד. במקום זאת, זה היה ניסוי חדשני לראות אם אולטרסאונד יכול לשמש יום אחד להדפסת שתלים בתלת מימד ישירות בתוך הגוף שלנו.

בהנחיית ד"ר יו שריק ג'אנג בבית החולים בריגהם אנד נשים ובבית הספר לרפואה של הרווארד, א מחקר שנערך לאחרונה שילב את המאפיינים הייחודיים של אולטרסאונד והדפסת תלת מימד לתיקון רקמה פגומה. בלב הטכנולוגיה עומדת תערובת של כימיקלים שמגלים כתגובה לגלי קול - תערובת המכונה "סונו-דיו".

בבדיקה אחת, הצוות בתלת-ממד הדפיס צורת עצם מצוירת בתוך חתיכה כבדה של בטן חזיר מבודדת, האולטרסאונד חודר בקלות לשכבות של עור ורקמות שומניות. הטכנולוגיה גם יצרה מבנים דמויי כוורת בתוך כבדי חזיר מבודדים וצורת לב בכליות.

זה אולי נשמע מקאברי, אבל המטרה היא לא להדפיס אימוג'ים בתלת-ממד בתוך רקמה חיה. במקום זאת, רופאים עשויים יום אחד להשתמש באולטרסאונד ובסונו-דיו כדי לתקן ישירות איברים פגומים בתוך הגוף כחלופה לניתוח פולשני.

כהוכחה לקונספט, הצוות השתמש בסונו-דיו כדי לתקן אזור שבור של לב עז מבודד. לאחר כמה תקיעות אולטרסאונד, המדבקה שהתקבלה הפכה לג'ל והתערבבה בצורה חלקה עם רקמת הלב הסובבת, ובעצם הפכה לתחבושת ביו-תואמת וניתנת למתיחה.

בדיקה נוספת העמיסה את הסונו-דיו בתרופה כימותרפית והזריקה את המרקחת לכבד פגום. תוך דקות, הדיו שחרר את התרופה לאזורים פצועים, תוך חסך על רוב התאים הבריאים שמסביב.

הטכנולוגיה מציעה דרך להמיר ניתוחים פתוחים לטיפולים פחות פולשניים, כתב דרס. יושינג יאו ומיכאיל שפירו מהמכון הטכנולוגי של קליפורניה, שלא היו מעורבים במחקר. זה יכול לשמש גם להדפסת ממשקי גוף-מכונה המגיבים לאולטרסאונד, מייצרים אלקטרוניקה גמישה לפציעות לב, או אספקה ​​יעילה של תרופות אנטי-סרטניות ישירות למקור לאחר הניתוח כדי להגביל את תופעות הלוואי.

"אנחנו עדיין רחוקים מלהכניס את הכלי הזה למרפאה, אבל הבדיקות הללו אישרו את הפוטנציאל של הטכנולוגיה הזו", אמר ג'אנג. "אנחנו מאוד נרגשים לראות לאן זה יכול להגיע מכאן."

מאור לצליל

בזכות הרבגוניות שלה, הדפסת תלת מימד כבשה את דמיונם של מהנדסי ביו בכל הנוגע ל בניית חלקים ביולוגיים מלאכותיים-לדוגמה, סטנטים למחלת לב מסכנת חיים.

התהליך הוא בדרך כלל איטרטיבי. מדפסת תלת מימד הזרקת דיו - בדומה למדפסת משרדית - מרססת שכבה דקה ו"מרפאה" אותה באור. זה מגבש את הדיו הנוזלי ואז, שכבה אחר שכבה, המדפסת בונה מבנה שלם. עם זאת, האור יכול רק להאיר את פני השטח של חומרים רבים, מה שהופך את זה לבלתי אפשרי ליצור מבנה תלת מימדי מודפס במלואו בפיצוץ אחד.

המחקר החדש פנה להדפסה נפחית, שבה מדפסת מקרינה אור לתוך נפח של שרף נוזלי, ומגבשת את השרף לתוך המבנה של האובייקט - והרי, האובייקט בנוי שלם.

התהליך מהיר הרבה יותר ומייצר אובייקטים בעלי משטחים חלקים יותר מהדפסת תלת מימד מסורתית. אבל זה מוגבל לפי כמה אור יכול לזרוח דרך הדיו והחומר שמסביב - למשל, עור, שריר ורקמות אחרות.

כאן נכנס לתמונה האולטרסאונד. הידוע בעיקר בטיפול באמהות, רמות נמוכות של אולטרסאונד חודרות בקלות לשכבות אטומות - כגון עור או שריר - ללא נזק. החוקרים, המכונה אולטרסאונד ממוקד, בוחנים את הטכנולוגיה לניטור וגירוי המוח ורקמות אחרות.

יש לזה חסרונות. גלי קול מטשטשים בעת נסיעה דרך נוזלים, הנמצאים בשפע בגופנו. רגילים להדפסת מבנים בתלת מימד, גלי הקול יכולים ליצור תועבה של העיצוב המקורי. כדי לבנות מדפסת תלת מימד אקוסטית, הצעד הראשון היה לעצב מחדש את הדיו.

מתכון קולי

הצוות התנסה לראשונה בעיצובי דיו המתרפאים באמצעות אולטרסאונד. המתכון שהם הגיעו אליו הוא מרק של מולקולות. חלקם מתמצקים בעת חימום; אחרים סופגים גלי קול.

הסונו-דיו הופך לג'ל תוך דקות ספורות לאחר פעימות אולטרסאונד.

התהליך הוא מניע עצמי, הסבירו יאו ושפירא. אולטרסאונד מעורר תגובה כימית היוצרת חום אשר נספג בג'ל ומאיץ את המחזור. מכיוון שמקור האולטרסאונד נשלט על ידי זרוע רובוטית, אפשר למקד את גלי הקול לרזולוציה של מילימטר אחד - קצת יותר עבה מכרטיס האשראי הממוצע שלך.

הצוות בדק מספר מתכוני סונו-דיו ומבנים פשוטים מודפסים בתלת-ממד, כמו ציוד בשלושה חלקים רב-צבעוני ומבנים זוהרים בחושך הדומים לכלי דם. זה עזר לצוות לחקור את גבולות המערכת ולחקור שימושים פוטנציאליים: שתל מודפס תלת-ממדי, למשל, יכול להיות קל יותר למעקב בתוך הגוף.

סאונד הצלחה

לאחר מכן, הצוות פנה לאיברים מבודדים.

בבדיקה אחת, הם הזריקו סונו-דיו ללב עז פגום. מצב דומה בבני אדם עלול להוביל לקרישי דם קטלניים ולהתקפי לב. הטיפול הנפוץ הוא ניתוח לב פתוח.

כאן, הצוות החדיר סונו-דיו ישירות ללב העז דרך כלי דם. עם פעימות אולטרסאונד ממוקדות במדויק, הדיו התגבש כדי להגן על האזור הפגוע - מבלי לפגוע בחלקים שכנים - והתחבר לרקמות הלב עצמו.

בבדיקה אחרת, הם הזריקו את הדיו לשבר בעצם רגל העוף ושחזרו את העצם "עם התקשרות חלקה לחלקים המקומיים", כתבו המחברים.

בבדיקה שלישית הם ערבבו דוקסורוביצין, תרופה כימותרפית המשמשת לעתים קרובות בסרטן השד, לתוך הסונו-דיו והזריקו אותו לחלקים פגומים של כבד חזיר. עם תקיעות אולטרסאונד, הדיו התיישב באזורים הפגועים ושחרר בהדרגה את התרופה לכבד במהלך השבוע הבא. הצוות חושב ששיטה זו יכולה לעזור לשפר את הטיפול בסרטן לאחר הסרה כירורגית של גידולים, הם הסבירו.

המערכת היא רק התחלה. Sono-ink עדיין לא נבדק בתוך גוף חי, והוא עלול לגרום להשפעות רעילות. ולמרות שאולטרסאונד בטוח בדרך כלל, הגירוי יכול להגביר את לחץ גלי הקול ולחמם רקמות עד לטמפרטורה של 158 מעלות פרנהייט. עבור יאו ושפירא, אתגרים אלו יכולים להנחות את הטכנולוגיה.

היכולת להדפיס במהירות חומרים תלת מימדיים רכים פותחת את הדלת לממשקי גוף-מכונה חדשים. מדבקות לאיברים עם אלקטרוניקה משובצת יכולים לתמוך בטיפול ארוך טווח באנשים עם מחלת לב כרונית. אולטרסאונד יכול גם לדרבן התחדשות רקמות בחלקים עמוקים יותר של הגוף ללא ניתוח פולשני.

מלבד יישומים ביו-רפואיים, סונו-דיו יכול אפילו להשפיע עלינו עולם יומיומי. נעליים בהדפסת תלת מימד, למשל, כבר נכנסו לשוק. ייתכן ש"ניתן להדפיס את נעלי הריצה של העתיד באותה שיטה אקוסטית שמתקנת עצמות", כתבו יאו ושפירא.

קרדיט תמונה: אלכס סאנצ'ז, אוניברסיטת דיוק; ג'ונג'י יאו, אוניברסיטת דיוק; Y. Shrike Zhang, בית הספר לרפואה בהרווארד

בול זמן:

עוד מ רכזת הסינגולריות