3D-печать внутри живого организма с помощью звука открывает новые возможности в медицине
Ученые из Калифорнийского технологического института (Caltech) разработали метод 3D-печати полимеров в заданных местах глубоко внутри живых животных. Техника, названная DISP (deep tissue in vivo sound printing), использует ультразвук для локализации и может применяться для доставки лекарств, заживления ран и мониторинга состояния организма.
Решение проблемы глубины проникновения
Предыдущие методы, например, с использованием инфракрасного света, позволяли запускать полимеризацию (связывание мономеров) только непосредственно под кожей. Ультразвук, в отличие от ИК-излучения, обладает глубоким проникновением в ткани.
Как работает технология DISP
Метод основан на комбинации двух ключевых компонентов:
- Низкотемпературно-чувствительные липосомы — сферические везикулы, нагруженные сшивающим агентом.
- Биочернила — раствор, содержащий мономеры полимера, контрастный агент для визуализации и полезный груз (лекарство, клетки, проводящие материалы).
Смесь инъецируется в организм. С помощью сфокусированного ультразвука температуру в целевом участке повышают примерно на 5°C. Это заставляет липосомы высвободить сшивающий агент, что запускает локальную полимеризацию именно в этом месте.
Визуализация и контроль процесса
В качестве контрастного агента используются газовые везикулы, полученные из бактерий. Они хорошо видны на УЗИ и меняют контрастность при химическом превращении мономеров в гель, позволяя точно видеть, где и когда произошла печать.
Перспективные применения
Технология уже протестирована на мышах и позволяет печатать:
- Полимерные капсулы для направленной доставки лекарств. При печати гидрогеля с доксорубицином (противоопухолевый препарат) рядом с опухолью мочевого пузыря у мышей наблюдалась значительно более высокая гибель раковых клеток по сравнению с обычной инъекцией.
- Биоадгезивные полимеры для герметизации внутренних ран.
- Биоэлектрические гидрогели с проводящими материалами (например, углеродные нанотрубки) для внутреннего мониторинга физиологических показателей (аналог ЭКГ).
Будущее технологии
Следующими шагами станут испытания на крупных животных, а в перспективе — и на людях. Ученые также считают, что машинное обучение и искусственный интеллект смогут повысить точность платформы DISP, что в будущем позволит выполнять печать внутри движущихся органов, например, бьющегося сердца.