Connect with us

Hi, what are you looking for?

Наука и технологии

3D-биопечать внутри человеческого тела стала возможной благодаря новому мягкому роботу

3D-биопечать внутри человеческого тела стала возможной благодаря новому мягкому роботу
3D-биопечать внутри человеческого тела стала возможной благодаря новому мягкому роботу

Инженеры из Университета Нового Южного Уэльса в Сиднее разработали миниатюрную и гибкую мягкую роботизированную руку, которую можно использовать для 3D-печати биоматериала непосредственно на органы внутри тела человека.

3D-биопечать — это процесс, при котором биомедицинские детали изготавливаются из так называемых биочернил для создания структур, подобных естественным тканям.

Биопечать в основном используется в исследовательских целях, таких как тканевая инженерия и разработка новых лекарств, и обычно требует использования больших машин для 3D-печати для создания клеточных структур вне живого организма.

Новое исследование лаборатории медицинской робототехники UNSW под руководством доктора Тхань Нхо До и его доктора философии. студентка Май Тхань Тай в сотрудничестве с другими исследователями из UNSW, включая профессора Scientia Найджела Ловелла, доктора Хоанг-Фыонг Фан и доцента Елену Рняк-Ковачину, подробно описана в статье, опубликованной в журнале Advanced Science.

Результатом их работы стал крошечный гибкий 3D-биопринтер, который можно вводить в тело так же, как эндоскоп, и напрямую доставлять многослойные биоматериалы на поверхность внутренних органов и тканей.

Устройство для проверки концепции, известное как F3DB, оснащено очень маневренной поворотной головкой, которая «печатает» биочернилами, прикрепленными к концу длинной и гибкой роботизированной руки, похожей на змею, которой можно управлять извне.

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

Доктор До и его команда протестировали свое устройство внутри искусственной толстой кишки, а также напечатали на 3D-принтере различные материалы различной формы на поверхности почки свиньи.

«Существующие методы 3D-биопечати требуют, чтобы биоматериалы производились вне тела, а для их имплантации человеку обычно требуется большая открытая операция, что увеличивает риск заражения», — сказал доктор До, старший преподаватель Scientia в Высшей школе биомедицинской инженерии UNSW. (GSBmE) и Институт инженерии здравоохранения Фонда Тайри (IHealthE).

«Наш гибкий 3D-биопринтер означает, что биоматериалы можно напрямую доставлять в целевые ткани или органы с помощью минимально инвазивного подхода. Эта система предлагает потенциал для точной реконструкции трехмерных ран внутри тела, таких как травмы стенки желудка или повреждения и заболевания. внутри толстой кишки, — продолжил доктор До.

«Наш прототип способен печатать на 3D-принтере многослойные биоматериалы разных размеров и форм в ограниченных и труднодоступных местах благодаря гибкому корпусу.

«Наш подход также устраняет значительные ограничения в существующих 3D-биопринтерах, такие как несоответствие поверхности между 3D-печатными биоматериалами и тканями/органами-мишенями, а также структурные повреждения во время ручной обработки, переноса и транспортировки», — отметил доктор До.

Профессор Scientia Найджел Ловелл, глава GSBmE и директор IHealthE, добавил: «В настоящее время нет коммерчески доступных устройств, которые могут выполнять 3D-биопечать in situ на внутренних тканях/органах, удаленных от поверхности кожи. Были представлены концептуальные устройства, но они гораздо более жесткие и сложные для использования в сложных и ограниченных пространствах внутри тела».

Самый маленький прототип F3DB, созданный командой Университета Нового Южного Уэльса, имеет диаметр, аналогичный коммерческим терапевтическим эндоскопам (примерно 11-13 мм), что достаточно мало для введения в желудочно-кишечный тракт человека.

Но исследователи говорят, что его можно легко уменьшить еще больше для будущих медицинских целей.

Мягкая робототехника

Устройство оснащено трехосевой печатающей головкой, установленной непосредственно на кончике мягкой роботизированной руки. Эта печатающая головка, состоящая из мягких искусственных мышц, позволяющих ей двигаться в трех направлениях, работает очень похоже на обычные настольные 3D-принтеры.

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

Печатающее сопло можно запрограммировать на печать заранее определенных форм или управлять им вручную, если требуется более сложная или неопределенная биопечать. Кроме того, команда использовала контроллер на основе машинного обучения, который может помочь в процессе печати.

Чтобы еще раз продемонстрировать осуществимость технологии, команда UNSW проверила жизнеспособность клеток живого биоматериала после печати с помощью их системы. Эксперименты показали, что процесс не затронул клетки, при этом большинство клеток оставались живыми после печати. Затем клетки продолжали расти в течение следующих семи дней, и через неделю после печати наблюдалось в четыре раза больше клеток.

Универсальный эндоскопический хирургический инструмент

Исследовательская группа также продемонстрировала, как F3DB потенциально можно использовать в качестве универсального эндоскопического хирургического инструмента для выполнения ряда функций. Они говорят, что это может быть особенно важно в хирургии для удаления некоторых видов рака, особенно колоректального рака, с помощью процесса, известного как эндоскопическая диссекция подслизистого слоя (ESD).

Во всем мире колоректальный рак является третьей наиболее распространенной причиной смерти от рака, но раннее удаление колоректальной неоплазии приводит к увеличению пятилетней выживаемости пациентов не менее чем на 90 процентов.

Сопло печатающей головки F3DB можно использовать как электрический скальпель, чтобы сначала отметить, а затем срезать раковые образования. Вода также может быть направлена ​​через сопло, чтобы одновременно очистить участок от любой крови и лишней ткани, в то время как более быстрому заживлению может способствовать немедленная 3D-печать биоматериала, пока роботизированная рука все еще находится на месте.

Способность выполнять такие многофункциональные процедуры была продемонстрирована на кишечнике свиньи, и исследователи говорят, что результаты показывают, что F3DB является многообещающим кандидатом для будущей разработки универсального эндоскопического хирургического инструмента.

«По сравнению с существующими эндоскопическими хирургическими инструментами, разработанный F3DB был разработан как универсальный эндоскопический инструмент, который позволяет избежать использования сменных инструментов, которые обычно связаны с более длительным процедурным временем и риском заражения», — сказал Май Тхань Тай.

Следующим этапом разработки системы, на которую был выдан предварительный патент, являются испытания in vivo на живых животных для демонстрации ее практического использования. Исследователи также планируют внедрить дополнительные функции, такие как встроенная камера и система сканирования в реальном времени, которые будут реконструировать трехмерную томографию движущихся тканей внутри тела.

Теги: биотехнологии, гибкий, киборг, Новости Hi-Tech

В тренде