Ученые научились печатать лекарства и импланты прямо в организме

Американские исследователи разработали метод 3D-печати, способный создавать лечебные материалы глубоко внутри живых тканей. Новая технология использует звук и уже показала эффективность в доставке лекарств прямо к опухолям.

Новый подход позволяет «печатать» материалы прямо внутри живого организма, в нужной точке и без хирургического вмешательства

Источник: Unsplash

В журнале Science ученые из Калифорнийского технологического института (Caltech) и Университета Юты представили метод 3D-печати, который работает непосредственно внутри живого организма. Вместо традиционного света, плохо проникающего вглубь, они использовали ультразвук для точной локализации процесса. Это позволяет создавать полимеры, гели и даже биоэлектрические материалы прямо в тканях, включая такие органы, как сердце.

Идея родилась из необходимости преодолеть ограничение инфракрасного излучения, которое не проникает глубже кожи. Исследователи объединили сфокусированный ультразвук с чувствительными к температуре липосомами — миниатюрными пузырьками, защищенными жировыми оболочками. Внутри них находились специальные агенты, запускающие полимеризацию, то есть соединение мономеров в стабильную структуру.

Схема платформы DISP (глубокая тканевая in vivo звуковая печать), разработанной командой под руководством Caltech. Метод сочетает ультразвук с липосомами, чувствительными к низким температурам, загруженными сшивающими агентами. Липосомы были помещены в полимерный раствор, содержащий мономеры нужного полимера, контрастный агент для визуализации, который покажет, когда произошло сшивание (здесь они использовали газовые пузырьки), и груз, который они надеялись доставить, например, терапевтический препарат

Источник: Caltech

После инъекции специального раствора, содержащего липосомы, мономеры и, например, лекарственные препараты, ученые нацеливали ультразвук на нужную зону. Повышение температуры на 5 градусов Цельсия вызывало выброс активных компонентов. В результате именно в нужной точке происходило «отпечатание» материала, будь то лекарство, клей для заживления ран или электропроводящий гель.

Для контроля процесса использовались белковые везикулы, наполненные воздухом. Они легко отслеживаются ультразвуком и изменяют сигнал при затвердевании материала. Это позволяет точно знать, где и когда завершилась полимеризация.

Команда назвала технологию DISP — платформа глубокой тканевой звукопечати in vivo. С ее помощью они уже успешно напечатали капсулы с химиотерапевтическим препаратом доксорубицином у мышей с опухолью мочевого пузыря. Результат — большее разрушение раковых клеток по сравнению с обычной инъекцией.

Раковая клетка: При помощи технологии ученые успешно доставили химиотерапию к опухоли у мышей, добившись значительно лучшего результата, чем при обычной инъекции

Источник: Unsplash

Также ученые напечатали гидрогели с проводящими наночастицами, пригодными для отслеживания сердечного ритма и других параметров. Это может открыть дорогу к «умным» внутренним сенсорам и регенеративной медицине.

Следующий шаг — испытания на более крупных животных. Исследователи надеются, что благодаря использованию искусственного интеллекта технология сможет точно печатать даже внутри движущихся органов, таких как бьющееся сердце. В будущем это может изменить подход к лечению травм, опухолей и другим сложным вмешательствам.

Современные подходы к борьбе с опухолями становятся все более точечными и щадящими. Один из таких методов — использование молекул, которые не просто атакуют раковые клетки, а заставляют их самостоятельно избавляться от злокачественных белков. Подробнее об этом подходе и о людях, стоящих за разработкой, вы можете прочитать в этой статье.