Ушкодження м'яких тканин шлунково-кишкового тракту, такі як виразки або кровотечі, в цей час можна лікувати тільки за допомогою хірургічного втручання, яке є інвазивним і може не призвести до стійкого загоєння. Біодрук стає ефективним методом лікування, при якому біосумісні «чорнила» (часто з натуральних полімерів, отриманих з морських водоростей) наносяться безпосередньо на місце ушкодження тканини, створюючи основу для зростання нових клітин. Однак, як і традиційні хірургічні інструменти, такі біопринтери, як правило, громіздкі та потребують анестезії.
Водночас розробляються «незалежні» технології для проведення медичних втручань без фізичного під'єднання до зовнішнього обладнання. Наприклад, "розумні капсули" для приймання всередину можна направляти до місць доставляння ліків за допомогою зовнішніх магнітів. Однак ці пристрої призначені для переміщення в рідинах, і їх рухи стають непередбачуваними при зіткненні зі стінкою тканини.
Біодрук, з іншого боку, потребує контакту з тканинами. Команда Лабораторії передових технологій виготовлення матеріалів Інженерного факультету Федеральної політехнічної школи Лозанни (EPFL) створила MEDS (Систему магнітного ендолюмінального депонування): перший біопринтер, який можна направляти до уражених ділянок для друку тканин всередині організму. Нещодавно опублікована в журналі Advanced Science стаття про цю технологію відкриває нові можливості неінвазивного медичного втручання.
«Об'єднавши принципи in situ біопринтерів з концепцією вивільнення ліків за допомогою розумних капсул, ми можемо уявити новий клас пристроїв: біопринтер розміром із пігулку, яку можна проковтнути», — каже керівник лабораторії Вівек Субраманян.
Мінімально інвазивне відновлення
MEDS розроблений за принципом кулькової ручки з пружинним наконечником, що вивільняє чорнило, але пристрій набагато менше, а «чорнило» є живим біогелем. MEDS розміром з пігулку містить крихітну камеру з біочорнилами та пружинний механізм, що виштовхує матеріал. За відсутності вбудованої електроніки матеріал, що вивільняється, активується зовнішнім лазерним променем ближнього інфрачервоного діапазону, який безпечно проникає в тканини організму. У міру виходу біочорнила капсула точно спрямовується зовнішнім магнітом, встановленим на роботизованій руці, подібно до джойстика.
У своїх експериментах команда EPFL використовувала свій біопринтер для загоєння штучних виразок різних розмірів на імітованій шлунковій тканині та навіть для зупинки імітованої кровотечі. В експериментах in vivo, проведених в акредитованому дослідному центрі на тваринах у США, дослідники також успішно використовували свій пристрій для введення біочорнил у шлункові тракти кроликів. У цих експериментах команда відстежувала рухи капсули за допомогою рентгенівської флюороскопії, демонструючи потенціал пристрою, який можна направляти через рот за допомогою магнітного наведення для малоінвазивного відновлення.
Дослідники наголошують, що крім захисту виразок від шлункового соку, самі біочорнила можуть комбінуватися з лікарськими препаратами або клітинами для подальшого прискорення відновлення тканин.
«У наших контрольованих лабораторних експериментах наші біочорнила, навантажені клітинами, зберігали свою структурну цілісність понад 16 днів, що свідчить про їхній потенціал як "мікробіореактора", здатного вивільняти фактори зростання та залучати нові клітини для загоєння ран», — каже аспірант Санджай Мано.
Він зазначає, що, хоча ці результати подають надію, їх застосування in vivo необхідно буде підтвердити в майбутніх дослідженнях. «Загалом наші результати підтверджують основну роль MEDS у майбутніх додатках біодруку. Надалі ми плануємо розширити їх можливості на кровоносні судини та тканини черевної стінки (очеревини)».
