3D-печать внутри человеческого тела

Инженеры из университета Сиднея (Австралия) разработали миниатюрную и гибкую мягкую роботизированную руку, которая может быть использована для 3D-печати биоматериалов непосредственно на органах внутри тела человека.

3D-биопечать — это процесс, при котором объекты изготавливаются из так называемых биочернил для создания естественных похожих на органические ткани структур.

Такая технология используется преимущественно в исследовательских целях, в таких сферах как тканевая инженерия и разработка новых лекарств, и обычно требует использования больших 3D-принтеров для создания клеточных структур вне живого организма.

Информация об этом исследовании была опубликована в журнале Advanced Science.

В результате работы был создан миниатюрный гибкий 3D-биопринтер, который можно вводить в организм подобно эндоскопу и непосредственно наносить многослойные биоматериалы на поверхность внутренних органов и тканей.

Тестовое устройство, известное под названием F3DB, имеет высокоманевренную поворотную печатающую головку, прикрепленную к концу длинного и гибкого змееподобного роботизированного манипулятора, которым можно управлять извне. Эта печатающая головка, состоящая из мягких искусственных мышц, которые позволяют ей двигаться в трех направлениях, работает очень похоже на обычные настольные 3D-принтеры.

Мягкая роботизированная рука может сгибаться и скручиваться благодаря гидравлике и может быть изготовлена любой необходимой длины. Его жесткость может быть точно настроена с помощью различных типов эластичных трубок и тканей.

Печатающее сопло может быть запрограммировано на печать заранее заданных форм или управляться вручную, когда требуется более сложная или неопределенная биопечать. Кроме того, ученые использовали контроллер на основе технологии машинного обучения, который может помочь в процессе печати.

Исследовательская группа утверждает, что при дальнейшем развитии и, возможно, в течение пяти-семи лет технология может быть использована медицинскими работниками для доступа к труднодоступным участкам внутри тела через небольшие разрезы кожи или естественные отверстия.

Исследовательская группа протестировала свое устройство внутри искусственной толстой кишки, а также обеспечила 3D-печать различных материалов разной формы на поверхности свиной почки. Эксперименты показали, что клетки не пострадали от процесса, и большинство клеток после печати остались живыми. Клетки продолжали расти в течение следующих семи дней, а через неделю после печати их количество увеличилось в четыре раза

Новая система обладает потенциалом для обеспечения точной реконструкции трехмерных ран внутри организма, таких как повреждения стенок желудка или повреждения и заболевания внутри толстой кишки. Прототип способен печатать многослойные биоматериалы различных размеров и формы через ограниченные и труднодоступные области, благодаря своему гибкому корпусу.

Такой подход также устраняет существенные ограничения существующих 3D-биопринтеров, такие, как несоответствие поверхности 3D-печатных биоматериалов и целевых тканей/органов, а также структурные повреждения во время ручного перемещения, переноса и транспортировки.

Самый маленький прототип F3DB, созданный университетской командой, имеет диаметр, аналогичный коммерческим терапевтическим эндоскопам (примерно 11–13 мм), что достаточно для введения в желудочно-кишечный тракт человека. Но ученые говорят, что его можно легко уменьшить для будущего использования в медицине.

Исследовательская группа также продемонстрировала, как F3DB может потенциально использоваться в качестве универсального эндоскопического хирургического инструмента для выполнения ряда функций. В частности, сопло печатающей головки F3DB можно использовать как разновидность электрического скальпеля, чтобы сначала обозначить, а затем отсечь раковые новообразования. Через сопло можно также направлять воду для одновременной очистки участка от крови и излишков ткани, а ускорению заживления способствует немедленная 3D-печать биоматериала прямо во время работы роботизированной руки.