Inginerie tisulară tocmai a devenit mai sălbatică și mai ciudată.

Utilizând doar lumină și cerneală biologică, oamenii de știință au reușit să imprime direct o structură asemănătoare unei urechi umane sub pielea șoarecilor. Echipa a folosit o ureche sănătoasă ca șablon și a imprimat 3D o imagine în oglindă a acelei urechi – strat de țesut cu strat de țesut – direct pe spatele unui șoarece.

Toate acestea fără o singură tăietură chirurgicală.

Dacă vă gândiți că este super înfiorător, da… sunt de acord cu voi. Cu toate acestea, ca o dovadă de concept, echipa arată că este posibil să se construiască sau să se reconstruiască straturi de țesut, chiar și cele atât de complicate precum o ureche, fără a fi nevoie de un implant chirurgical. Acest lucru înseamnă că, într-o zi, ar putea fi posibilă repararea unei urechi sau a altor defecte ale țesuturilor de suprafață – fie genetice, fie din cauza unor leziuni – direct la locul leziunii, practic fluturând o baghetă sofisticată de lumină.

Tehnologia, (respirație lungă), bioimprimarea 3D bazată pe procesarea digitală a luminii (DLP), a câștigat tone de atenție în ultimul deceniu datorită versatilității sale. Ideea de bază este de a injecta în țesutul rănit o cerneală biologică ce conține celule, apoi de a străluci modele de lumină în mod non-invaziv pentru a „activa” celulele din cerneală. În funcție de tipul de celule, acestea pot repara apoi măduva spinării, fibrele nervoase sau vasele de sânge deteriorate.

În acest studiu, publicat săptămâna trecută în Science Advances, echipa a dus tehnica cu un pas mai departe. Folosind proiectarea asistată de calculator, ei au proiectat mai multe forme și au introdus datele într-un dispozitiv digital cu microoglindă – un fel de încrucișare între o lentilă de cameră foarte sofisticată și o casă mică de oglinzi.

Dispozitivul generează apoi în mod dinamic raze infraroșii, care penetrează țesutul și „construiește” structura țesutului viu. În 20 de secunde, echipa a reușit să genereze forma de bază a unei urechi umane pe un șoarece viu, forma asemănătoare unei urechi păstrându-și structura sofisticată timp de cel puțin o lună.

Autorii au declarat că munca lor arată că este posibil să se facă imprimarea 3D non-invazivă direct în interiorul corpului și că aceasta ar putea „deschide o nouă cale pentru imprimarea 3D medicală și să avanseze medicina minim invazivă sau non-invazivă.”

Surgical Woes

Unul dintre cele mai mari obstacole în ingineria țesuturilor 3D nu este tehnologia. Mai degrabă, este necesitatea unei intervenții chirurgicale.

Majoritatea prototipurilor actuale de țesut bioimprimat sunt realizate în interiorul laboratorului, unde oamenii de știință pot menține un control mai complex asupra modului în care crește țesutul. De exemplu, plămânii încep, în general, cu un specimen de plămân donat, ale cărui celule sunt spălate cu ajutorul unui detergent și apoi repopulate cu celule noi ale donatorului. Alte abordări inovatoare au folosit mere ca schele pentru urechi sau au adăugat antibiotice și alte medicamente direct în interiorul oaselor tipărite 3D pentru a ajuta la combaterea inflamației.

Problema cu aceste abordări, scriu autorii, este că, în cele din urmă, ele necesită intervenții chirurgicale. Țesutul trebuie recoltat și introdus chirurgical în locul lezat, ceea ce, la rândul său, generează mai multe daune implantului și țesuturilor din jur. Consecințele variază de la șederi îndelungate în spital, la intervenții chirurgicale repetate și până la îndepărtarea implantului, ca să nu mai vorbim de durere.

Aceste dezavantaje convenționale sunt parțial motivul pentru care imprimarea țesuturilor pe bază de lumină a captat imaginația lumii bioingineriei. Dacă anumite unde luminoase pot pătrunde în piele, de ce să nu folosim lumina pentru a activa direct celulele de cerneală biologică pentru a construi structura tisulară din interior?

Bățul magic de lumină

Pentru ca lumina să construiască țesuturi, trebuie să îndeplinească două cerințe dificile: una, să pătrundă în țesut. Doi, să polimerizeze, sau să „activeze” celulele din bioîncrengătură și matricea de susținere pentru a începe să se autoasambleze în structuri.

„În mod convențional, lumina ultravioletă sau albastră este exploatată pentru a asista bioimprimarea… capacitatea slabă de penetrare a țesutului”, a explicat echipa. Mai mult decât atât, lumina ultravioletă poate provoca, de asemenea, daune – o „arsură solară”, dacă vreți – la țesuturile născute și la țesuturile înconjurătoare.

În schimb, lumina în infraroșu apropiat, sau NIR, poate activa bioîncreția și poate străluci adânc în țesuturi. Deoarece diferite modele spațiale de lumină pot fi reglate pentru a activa în mod diferit bioîncărcătura, atât în interiorul unui strat, cât și între straturi, echipa a decis să se joace cu bioimprimarea declanșată de lumină.

Au proiectat mai întâi un „nanoinitiator”, un nume fantezist pentru un produs chimic care luminează cu un model de lumină pe un material de suport – adesea un hidrogel – pentru a se reticula în structuri solide. Apoi au folosit un calculator pentru a proiecta mai multe forme și au trimis datele către un cip de calculator pentru a controla proiecția luminii. O mână de modele de lumină NIR au fost apoi proiectate prin intermediul unei lentile și în diverse țesuturi injectate cu bioink, care conținea atât nanoinitiatorul, cât și celulele. Echipa s-a așezat apoi și a privit cum modelele lor prind viață, la propriu.

Ca un prim test, în doar 15 secunde, au reușit să imprime un singur strat de structuri asemănătoare unei cochilii în afara corpului. Apoi și-au amplificat ambiția, imprimând o mare varietate de forme – o prăjitură cu trei straturi, un om de turtă dulce (fără glumă), o stea de mare și o arhitectură asemănătoare unui scaun de bebeluș.

In-Body Printing

Apoi au trecut la jocul cel mare: bioimprimarea direct în interiorul corpului.

Este destul de dificil, deoarece nivelul de oxigen din interiorul unui organism viu poate inhiba efectul de reticulare, ceea ce înseamnă că cerneala nu poate deveni o structură solidă, a explicat echipa.

Dar echipa a dat peste o rețetă câștigătoare. După o săptămână de bioimprimare a mai multor forme pe spatele unor șoareci vii, ei au descoperit că atât noul țesut, cât și țesutul înconjurător au fost scutite de inflamații și alte defecte.

Avansând un pas mai departe, au introdus imaginea unei urechi umane sănătoase în sistemul lor și au generat o imagine în oglindă a acelei urechi. Apoi au injectat în spatele șoarecilor bioink care conține condrocite – un tip de celule care alcătuiesc structura cartilaginoasă a urechii – și au proiectat pe bioink lumina NIR care codifică „forma urechii personale”. În jumătate de minut, urechea a căpătat forma sa. În decurs de o lună, urechea imprimată a început să își construiască propriile structuri de susținere pentru a-și menține în continuare forma.

Un mod mai bun de vindecare?

Construirea de noi țesuturi nu este singurul lucru pe care îl poate face această tehnologie. Într-un studiu suplimentar, echipa a descoperit că aceeași abordare poate vindeca răni grave.

Leziunile sunt adesea cauzate de strivire sau alte traume, a explicat echipa. Studii anterioare au descoperit că celulele stem derivate din grăsime pot ajuta țesuturile să se regenereze. Echipa a imprimat o schelă care conține aceste celule în șoareci, care sufereau de leziuni musculare, și a strălucit lumina pentru a activa țesutul imprimat. În decurs de 10 zile, șoarecii „au prezentat o închidere semnificativă a rănilor” în comparație cu un grup de control, au spus autorii.

Punând totul laolaltă: Aceasta este prima dată când oamenii de știință au reușit să regenereze țesut în interiorul corpului, promovând în același timp vindecarea rănilor, fără a fi nevoie de o intervenție chirurgicală. Desigur, există o cale lungă între „construirea unei urechi umane pe spatele unui șoarece” și „regenerarea unei urechi rănite”, dar, ca dovadă de concept, studiul arată că este posibil.

Pentru că lumina nu poate pătrunde foarte adânc în corp, există și limitarea că tehnologia poate fi folosită doar pentru țesutul de la suprafață. De asemenea, este un mister dacă propriul sistem circulator al șoarecilor se va infiltra în urechea imprimată, oferindu-i nutrienți pentru supraviețuirea pe termen lung. Deocamdată, urechea obținută prin bioinginerie nu poate simți – adăugarea unui sistem nervos și conectarea acesteia la gazda principală rămâne încă o provocare majoră.

Dar viitorul pare luminos. „Fără implantare chirurgicală, construcțiile personalizate de țesut viu au fost generate cu succes în organism. Această lucrare ar deschide o nouă cale pentru cercetarea în domeniul imprimării 3D și ar avansa în domeniul medicinei neinvazive”, au concluzionat autorii.

Creditul imaginii: Bioimprimarea 3D declanșată de lumină, de către profesorul Maling Gou, State Key Laboratory of Biotherapy and Cancer Center, West China Hospital, Sichuan University

.

Leave a comment

Adresa ta de email nu va fi publicată.