Australijscy naukowcy wykonali ogromny krok naprzód w medycynie. Niedawno zaprezentowali prototypowe urządzenie zdolne do drukowania żywych komórek w technologii 3D wewnątrz ciała, bezpośrednio na narządach wewnętrznych. To przełomowe osiągnięcie otwiera drzwi do stworzenia uniwersalnego narzędzia chirurgicznego, które może zrewolucjonizować operacje otwarte.
Spis treści
Biodrukowanie za pomocą elastycznej drukarki 3D to dzieło naukowców z Uniwersytetu Technicznego w Sydney, pod kierownictwem dr Thanh Nho Do. Urządzenie może być bezpiecznie wprowadzane do leczonych tkanek i narządów poprzez naturalne otwory w ciele. Oznacza to, że ryzyko związane z inwazyjnymi operacjami otwartymi jest znacznie zredukowane, a czas ewentualnej rekonwalescencji zdecydowanie krótszy.
Narządy hodowane w laboratorium
Biodrukowanie (ang. bioprinting) to nie jest nową techniką opracowaną przez dr Thanh’a. Metoda ta polega na zautomatyzowanym, komputerowym i precyzyjnym osadzaniu warstwa po warstwie pewnych materiałów biologicznych, którego celem jest produkcja funkcjonalnych tkanek i narządów. To proces analogiczny do tradycyjnego drukowania 3D, lecz zamiast wykorzystywania materiałów takich jak plastik czy metal, wykorzystuje się biologiczne składniki.
Rozwój tej techniki stwarza ogromne możliwości w tworzeniu nowych produktów medycznych, ale i metod leczenia, które są dostosowane do potrzeb pacjenta. Ponadto biodrukowanie daje szansę na tworzenie modeli tkanek i narządów do badania nowych leków czy też do tworzenia biologicznych wersji implantów. Dalszy rozwój tej technologii w medycynie wymaga nieustannej współpracy inżynierów, środowiska medycznego oraz biologów. Technika jest w fazie prężnego rozwoju, a jej potencjał w zrewolucjonizowaniu dziedzin medycyny i opieki zdrowotnej ogromny.
Biodrukowanie 3D szansą na mniej inwazyjne operacje
Chociaż komercjalizacja tego rewolucyjnego rozwiązania może zająć jeszcze kilka lat, potencjał tego technologicznego przełomu w medycynie jest ogromny. To szansa dla pacjentów na najbardziej precyzyjne i skuteczne procedury operacyjne.
Nasze urządzenie porusza się za pomocą sztucznego mięśnia i można je wprowadzać do wnętrza ciała. Przez nacisk hydrauliczny na sztuczny mięsie możemy uzsyakć wielowartwowe biomateriały, które są nadrukowane na docelowy organ lub tkankę. Oprócz tego dzięki naszej drukarce można wprowadzić biomateriał w sposób nieinwazyjny. Możemy dotrzeć do tkanki narządu wewnętrznego , korzystając z naturalnych otworów w ciele człowieka, na przykład nosa lub odbytu. Jest to zupełnie nowe podejście w porównaniu do konwencjonalnego — mówi w wywiadzie dla agencji Newseria Innowacje dr Thanh Nho Do, który piastuje stanowisko starszego wykładowcy Scienta na Uniwersytecie Nowej Południowej Walii w Sydney.
Biodrukowanie obecnie
Obecnie standardowym procesem biodruku jest drukowanie biomateriałów poza organizmem człowieka. Oznacza to, że wydrukowany materiał musi być następnie wszczepiany operacyjnie. Ten konwencjonalny sposób wykonania biodruku wiąże się z koniecznością przeprowadzenia operacji otwartej, co, jak wspominaliśmy, niesie ze sobą pewne ryzyko dla pacjenta oraz dłuższy okres rekonwalescencji. Biodrukowanie obiecuje przezwyciężenie tych ograniczeń.
Dr Thanh Nho Do wyjaśnia, że tradycyjne zabiegi chirurgiczne niosą ze sobą ryzyko infekcji oraz znacznej utraty krwi. Wobec tego wyzwania dr Thanh Nho Do postawił pytanie: czy istnieje technologia umożliwiająca minimalnie inwazyjne drukowanie biomateriału wewnątrz organizmu człowieka?
W odpowiedzi na to pytanie, zespół naukowców z Sydney opracował urządzenie, które nazwano F3DB. To mała, elastyczna biodrukarka 3D, która może być wprowadzana do organizmu człowieka w sposób podobny do endoskopu. To innowacyjne rozwiązanie umożliwia bezpośrenie nanoszenie wielowarstwowych biomateriałów na powierzchnię narządów wewnętrznych tkanek. Centralnym elementem urządzenia jest niezwykle zwrotna głowica obrotowa, która pełni rolę drukującego narzędzia. Jest ona przymocowana do długiego i elastycznego robota przypominającego węża, którym można sterować z zewnątrz.
Przyszłość biodruku 3D
Urządzenie jest obecnie poddawane intensywnym testom zarówno z użyciem różnych materiałów poza organizmem człowieka, jak i na żywych biomateriałach.
Testujemy nasze urządzenie z wykorzystaniem różnych materiałów poza organizmem ludzkim. Nie uzyskaliśmy jeszcze zatwierdzenia. Testy wykonywaliśmy z użyciem czekolady, płynnego silikonu, a następnie testowaliśmy nasze urządzenie na żywych biomateriałach. Po testach prowadziliśmy obserwacje przez siedem dni i biomateriał bardzo dobrze współpracował z naszym urządzeniem. Liczba żywych komórek po druku 3D zwiększyła się, co oznacza dobre efekty działania urządzenia — relacjonuje kierownik grupy badawczej z Uniwersytetu Nowej Południowej Walii w Sydney Medical Robotics Lab.
Jak podaje Newseria, naukowcy przeprowadzili już badania laboratoryjne z wykorzystaniem sztucznej okrężnicy oraz na nerce pobranej od świni. Teraz planowane są testy na żywych zwierzętach. Pomyślny wynik otworzy drogę do badań z udziałem ludzi, a potem komercjalizacji. Zdaniem badaczy potencjalnie może to potrwać od pięciu do siedmiu lat. Po tym czasie technologia ta może być wykorzystywana przez lekarzy.
Na ten moment nie istnieją na rynku żadne dostępne urządzenia, które oferują biodrukowanie 3D wewnątrz tkanki narządów. Opracowane dotychczas urządzenia potwierdzające słuszność badanej koncepcji są dużo sztywniejsze niż australijski prototyp. Są bardziej ograniczone ruchowo i ograniczone wewnątrz ciała.
Według szacunków Allied Market Research wartość światowego rynku robotyki miękkiej w 2019 roku wyniosła prawie 574 miliony dolarów. Przewiduje się, że do 2027 roku wartość ta zwiększy się prawie sześciokrotnie. W ten sposób osiągnie wartość ponad 3,4 miliarda dolarów.
Źródło: Newseria