科學(xué)家使用超聲波在體內(nèi)深處“3D 打印”材料

美國(guó)的科學(xué)家們創(chuàng)造了一種方法3D 打印材料使用超聲波在體內(nèi)。對(duì)小鼠和兔子的測(cè)試表明，該技術(shù)可以提供癌癥藥物直接作用于器官并修復(fù)受傷組織。

該方法被稱為深層組織體內(nèi)聲音打印 （DISP），涉及注射專門的生物墨水.成分可以根據(jù)它們?cè)隗w內(nèi)的預(yù)期功能而有所不同，但不可協(xié)商的是聚合物鏈和交聯(lián)劑，以將它們組裝成水凝膠結(jié)構(gòu)。

為了防止水凝膠立即形成，交聯(lián)劑被鎖定在稱為脂質(zhì)體的脂質(zhì)顆粒內(nèi)，外殼設(shè)計(jì)為在加熱到 41.7 °C （107.1 °F） 時(shí)泄漏——比體溫高幾度。

該團(tuán)隊(duì)由加州理工學(xué)院 （Caltech） 的科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)，使用一束聚焦超聲來(lái)加熱脂質(zhì)體并在脂質(zhì)體上打孔，釋放交聯(lián)劑，并在體內(nèi)形成水凝膠。

而以前的研究使用紅外光在體內(nèi) 3D 打印水凝膠，這次選擇超聲波作為觸發(fā)機(jī)制，因?yàn)樗梢约せ钭⑷敫钐幍纳锬?，深入到肌肉和器官?/p>

“紅外線的穿透力非常有限。它只到達(dá)皮膚下方。Wei Gao 說(shuō)，加州理工學(xué)院的生物醫(yī)學(xué)工程師?！拔覀兊男录夹g(shù)可以到達(dá)深層組織，可以打印各種材料，應(yīng)用范圍廣泛，同時(shí)保持出色的生物相容性?！?/p>

通過(guò)精確控制超聲波束，該團(tuán)隊(duì)能夠 3D 打印出復(fù)雜的形狀，如星星和淚滴。

不過(guò)，DISP 不僅僅是一個(gè)有趣的新型身體改造工具——使用不同版本水凝膠的動(dòng)物測(cè)試表明，它可以幫助替換或修復(fù)受損組織、輸送藥物或監(jiān)測(cè)電信號(hào)以進(jìn)行心電圖等測(cè)試。

研究人員使用微小的氣泡作為成像造影劑，使他們能夠看到系統(tǒng)何時(shí)工作。

這些囊泡在暴露于聚合物交聯(lián)的化學(xué)反應(yīng)時(shí)會(huì)改變其對(duì)比度。超聲波拾取這些信號(hào)并確認(rèn)反應(yīng)有效。

在兔子中，研究人員在皮膚以下 4 厘米（約 1.6 英寸）的深度打印了人造組織碎片。這可能會(huì)有所幫助加速修復(fù)之傷口和損傷– 特別是如果細(xì)胞首先摻入 Bioink 中。

在對(duì)膀胱癌 3D 細(xì)胞培養(yǎng)物的測(cè)試中，該團(tuán)隊(duì)施用了一種裝有化療藥物的生物墨水阿 霉 素.使用 DISP 方法將其硬化成水凝膠，藥物在幾天內(nèi)緩慢釋放。這導(dǎo)致癌細(xì)胞死亡明顯高于常規(guī)注射該藥物。

在生物墨水中添加其他成分可以給 DISP 帶來(lái)更多的用途。研究人員還使用碳納米管和銀納米線制造了導(dǎo)電生物墨水，可用于植入式傳感器，用于檢測(cè)來(lái)自心臟或肌肉的溫度或電信號(hào)。

該團(tuán)隊(duì)表示，重要的是，沒(méi)有檢測(cè)到水凝膠的毒性，剩余的液體生物墨水會(huì)在 7 天內(nèi)自然從體內(nèi)沖洗出來(lái)。

當(dāng)然，研究人員仍然需要跨越動(dòng)物測(cè)試和人類測(cè)試之間的鴻溝，但 3D 打印人體生物醫(yī)學(xué)設(shè)備是一個(gè)有趣的想法。

“我們的下一階段是嘗試在更大的動(dòng)物模型中打印，希望在不久的將來(lái)，我們可以在人類中進(jìn)行評(píng)估，”高說(shuō).“未來(lái)，在 AI 的幫助下，我們希望能夠在跳動(dòng)的心臟等移動(dòng)器官內(nèi)自主觸發(fā)高精度打印。”

該研究發(fā)表在雜志上科學(xué).

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