Materiál môže priniesť nové metódy liečby rakoviny.
Táto technológia otvára dvere úplne novému spôsobu liečby rakoviny. Zdroj: iStock.com/libre de droit
Vedci z americkej Kalifornskej technologickej univerzity (Caltech) vytvorili prelomovú metódu. Pomocou ultrazvuku dokážu tlačiť 3D materiály priamo v živom organizme. Vďaka tejto technológii tak môžu vytvoriť lieky alebo opraviť poškodené tkanivo priamo v tele. Nepotrebujú pritom žiadnu operáciu.
Táto technológia, ktorú označujú ako DISP (Deep tissue In vivo Sound Printing – 3D tlač v hlbokých tkanivách pomocou zvuku), otvára dvere úplne novému spôsobu liečby. Výskumníci ju už úspešne otestovali na myšiach a králikoch, pričom výsledky sú veľmi sľubné. Môže dramaticky zmeniť spôsob, akým liečime rakovinu, opravujeme poškodené orgány či monitorujeme zdravotný stav pacientov.
Vytvorí sa presne tam, kde je to potrebné
Celá technológia je postavená na injekčnom podaní špeciálneho bioatramentu. Zložky sa môžu líšiť v závislosti od ich zamýšľanej funkcie v tele, ale neodmysliteľnými sú polymérne reťazce a zosieťované činidlá, ktoré vytvoria z látok hydrogélovú štruktúru.
Aby sa hydrogél nevytvoril okamžite, sieťovacie činidlá sú uzavreté vnútri častíc na báze lipidov nazývaných lipozómy, ktorých vonkajšie obaly sú navrhnuté tak, aby unikali pri zahriatí na 41,7 °C, teda niekoľko stupňov nad telesnou teplotou. Tu prichádza do hry ultrazvuk. Vedci nasmerujú fokusovaný ultrazvukový lúč na konkrétne miesto v tele. Zahrejú tam tieto bublinky, oslobodia spájadlá a vznikne pevný hydrogél presne tam, kde ho potrebujú.
Zatiaľ čo v predchádzajúcich štúdiách sa na 3D tlač hydrogélov v tele používalo infračervené svetlo, tentoraz vedci ako spúšťací mechanizmus zvolili ultrazvuk, pretože ten sa dostane hlbšie, čiže až do svalov a orgánov.
Ukážka hydrogélových polymérnych štruktúr vytlačených technikou zvukovej tlače in vivo. Zdroj: Caltech
„Infračervené žiarenie sa dokáže dostať len tesne pod kožu,“ uvádza Wei Gao, biomedicínsky inžinier z Kalifornskej technologickej univerzity. „Naša nová technika sa dostane hlboko do tkaniva, kde dokáže tlačiť rôzne materiály pre širokú škálu aplikácií, pričom si zachováva vynikajúcu biokompatibilitu.“
Technológia pomôže pri liečbe rakoviny
Presným ovládaním ultrazvukového lúča dokázal tím vytvoriť pomocou 3D tlače zložité tvary, ako sú hviezdy a slzy. Každý tvar má svoj účel. Výskumníci použili malé plynové vezikuly ako zobrazovaciu kontrastnú látku, ktorá im umožnila zistiť, kedy systém funguje. Tieto vezikuly menia svoj kontrast, keď sú vystavené chemickým reakciám zo zosieťovania polymérov. V králikoch napríklad vytlačili kusy umelého tkaniva v hĺbke až 4 centimetre pod kožou. To môže výrazne urýchliť hojenie rán a zranení, obzvlášť ak do bioatramentu pred tlačou pridajú živé bunky. Technológia tak môže nahradiť alebo opraviť poškodené tkanivo, dodať lieky alebo monitorovať elektrické signály s cieľom testov, ako je napríklad elektrokardiografia.
Pozrite si
Jedným z najsľubnejších využití tejto technológie je liečba rakoviny. Pri testoch na 3D kultúrach buniek rakoviny močového mechúra použili výskumníci verziu bioatramentu nabitú chemoterapeutickým liekom doxorubicínom. Pomocou metódy DISP ho skonvertovali na hydrogél, ktorý počas niekoľkých dní postupne uvoľňoval liek. Takto dodaný liek zabil výrazne viac rakovinových buniek ako pri bežnom injekčnom podaní. Pomocou tejto technológie môžu pacienti dostávať presne dávkovanú liečbu priamo do nádoru. Minimalizujú sa tak vedľajšie účinky na zdravé tkanivá.
Navyše do bioatramentu môžu vedci pridať rôzne ďalšie zložky, ktoré mu dajú nové vlastnosti. Pomocou uhlíkových nanorúrok a strieborných nanodrôtov vytvorili napríklad vodivý bioatrament. Ten sa dá použiť na vytváranie implantovateľných senzorov na meranie teploty alebo elektrických signálov zo srdca či svalov.
Ďalším pozitívom je, že hydrogél nie je toxický, zvyšky tekutého bioatramentu sa z tela prirodzene vyplavia do siedmich dní. Odborníci však priznávajú, že potrvá niekoľko rokov, kým sa táto metóda môže začať využívať aj u ľudí. Súčasné výsledky sú však veľmi povzbudzujúce. „Ďalej sa pokúsime tlačiť vo väčšom zvieracom modeli. Dúfajme, že v blízkej budúcnosti budeme môcť túto metódu využiť aj u ľudí,“ tvrdí Wei Gao. „S pomocou umelej inteligencie chceme byť v budúcnosti schopní autonómne spúšťať vysoko presné tlačenie v pohybujúcom sa orgáne, ako je bijúce srdce,“ dodáva Gao.
Táto technológia môže zmeniť spôsob, akým pristupujeme k medicíne. Namiesto invazívnych operácií môžu lekári jednoducho vpichnúť bioatrament a pomocou ultrazvuku vytvoriť potrebnú štruktúru presne tam, kde ju pacienti najviac potrebujú.
Zdroj: Science Alert
(RR)
