Можете ли да си представите свят, в който ще е възможно да отпечатате 3D органи или тъкани директно в тялото си? Въпреки че това може да звучи като най-необичайната научна фантастика, изследователи от университета Duke и Harvard Medical School може би са го направили възможно. Те са разработили нов процес на 3D печат, използващ фокусиран ултразвук и биосъвместимо мастило, които заедно могат да се използват за всичко – от заздравяване на кости до възстановяване на сърдечна клапа. Надеждата е, че това ще доведе до по-безопасни и по-малко инвазивни хирургични процедури.
Въпреки че отдавна възхваляваме ползите от добавъчното производство в медицинския сектор , включително нарастващата област на биопечат, все още има пречки, особено що се отнася до печатането в тялото. Това е така, защото много от настоящите процеси използват или екструзия, или фотополимеризация, като нито един от тях не е подходящ за 3D печат през тъкан.
При екструдирането причината, поради която не може да се направи вътре в тялото, е очевидна, как бихте поставили апарата в тялото и ако все пак трябва да го разрежете, защо не го направите отвън? Въпреки това, 3D принтирането в тялото също не е възможно с различните методи за фотополимеризация, които се разработват. Защо? Ами, много просто, светлината не може да премине през кожата и органите, тъй като се разпръсква, докато преминава през тях. Такъв е и случаят с обемния печат, на който се основава тази най-нова технология за 3D печат и която използва фотополимеризация и прозрачни мастила.
Този нов процес, наречен deep-penetrating acoustic volumetric printing (дълбоко проникващ акустичен обемен печат), или DVAP, може да помогне за преодоляването на тези проблеми. Randy King, Ph.D., програмна директорка в отдела Division of Applied Science & Technology в NIBIB обяснява: „Фокусираният ултразвук се използва от десетилетия за лечение на голямо разнообразие от състояния, което подчертава неговата безопасност и полезност като клиничен инструмент. Това потенциално ново приложение, изградено на базата на години технологичен напредък, може да постави началото на нещо, което преди се е смятало за невъзможно: ултразвуков 3D печат през тъканта.“
Как работи ултразвуковият 3D печат?
Както спомена д-р King , фокусираният ултразвук не е новост в областта на медицината. Определена от Националния институт по здравеопазване като „неинвазивна терапевтична техника, която насочва ултразвукови вълни към определено място“, вече се използва в лечение на чернодробен тумор, миома на матката и дори болестта на Паркинсон. Въпреки това, това е първият път, когато ще бъде използван специално с медицински 3D печат.
Що се отнася до начина на работа на DVAP, той може да се сравни с други процеси на биомедицински 3D печат, по-специално тези, които използват фоточувствителни мастила и насочена светлина, включително обемен 3D печат. В този случай обаче това, което е разработено, е мастило, обработено с ултразвук, или sono-ink, мастило, което е чувствително към ултразвук. Самото мастило се състои от четири отделни компонента: съединение за абсорбиране на ултразвукови вълни, микрочастица, която помага за контролиране на вискозитета, полимер, който осигурява структура, и сол, която абсорбира топлината, за да предизвика втвърдяване. Работейки заедно, това позволява отпечатването на биосъвместими структури дори през плътните, многослойни тъкани на тялото.
Това мастило може също така да се адаптира за различни приложения, като добавяне на костни минерални частици за лечение на загуба на кост. Освен това, той може да бъде направен по-издръжлив или разградим в зависимост от нуждите на пациента. Ниво на гъвкавост, което е от решаващо значение в медицинските приложения и което работи добре със самостоятелно направения confocal ултразвуков принтер с висок интензитет на изследователите, който е адаптиран да подобрява както скоростта, така и разделителната способност.
Процесът е разработен от Y. Shrike Zhang, асоцииран биоинженер в Brigham and Women’s Hospital и доцент в Harvard Medical School, и Junjie Yao, доцент по биомедицинско инженерство в Duke. Що се отнася до това как работи, Yao разширява, „DVAP разчита на сонотермалния ефект, който възниква, когато звуковите вълни се абсорбират и повишават температурата, за да втвърдят нашето мастило. Ултразвуковите вълни могат да проникнат повече от 100 пъти по-дълбоко от светлината, докато все още са пространствено ограничени, така че можем да достигнем до тъкани, кости и органи с висока пространствена прецизност, които не са били постижими с методите за печат, базирани на светлина.“
Освен това, DVAP не само би позволил 3D печат в тялото благодарение на използването на ултразвукови вълни, но дори може да бъде съвместим с биологични тъкани. Zhang и Yao вече са тествали процеса със създаването на тъкани за черен дроб на прасе, както и симулативна операция, включваща козе сърце. Тези експерименти също показаха обещаващи резултати, което означава, че в бъдеще може да е възможно да се използва процес като DVAP за замяна на силно инвазивни хирургични процедури.
Yao заключава, „Тъй като можем да печатаме през тъкан, това дава възможност за много потенциални приложения в хирургията и терапията, които традиционно включват много инвазивни и разрушителни методи. Тази работа открива вълнуващ нов път в света на 3D печатането и ние сме развълнувани да проучим заедно потенциала на този инструмент.“
Bulgarian 
English
0 Коментара