Как подробно рассказано в новой статье, опубликованной в журнале Science, исследование команды базируется на ранее разработанных фоточувствительных чернилах, которые затвердевают при воздействии лучей света, позволяя ученым медленно создавать сложные биомедицинские структуры.
Однако как указывается в заявлении об исследовании, свет может проникать только на несколько миллиметров в ткани пациента. В то время как звуковые волны могут работать гораздо глубже.
Новый процесс, получивший название «глубокая акустическая объемная печать» (ГАОП), может зайти еще дальше, позволяя специалистам восстанавливать кости или даже ремонтировать неисправные сердечные клапаны без необходимости в операции.
ГАОП основан на сонотермическом эффекте, который происходит, когда звуковые волны поглощаются и повышают температуру для застывания наших чернил. Ультразвуковые волны могут проникать более 100 раз глубже, чем свет, сохраняя пространственную конфинированность, поэтому мы можем достигать тканей, костей и органов с высокой пространственной точностью, которую не может обеспечить метод печати на основе света
— соавтор и профессор биомедицинской инженерии Дюкского университета Джунджи Яо.
Как только биосовместимые «соночернила» достигают целевой области, специально разработанная ультразвуковая зондирующая головка может отверждать их на месте, создавая сложные структуры.
Биосовместимые чернила сами по себе являются вязкой жидкостью, поэтому их можно легко ввести в целевую область, и при движении ультразвуковой производящей зондирующей головки материалы в чернилах связываются и затвердевают. После окончания процесса можно удалить остатки с помощью шприца
— соавтор и биоинженер гарвардской больницы Бригемем и Вименс Хоспитал Шрайк Чжан.
При этом ученые смогли разработать новые варианты «соночернил»: прочные аналоги костей и более гибкие, пластичные сердечные клапаны.
В серии из трех тестов команда создала специальную структуру, чтобы восстановить часть внутренней перегородки сердца козы, чтобы остановить кровоток. Ткань затвердела и безопасно закрепилась на ткани без осложнений. Команда также успешно и без осложнений устранила дефект кости в ноге курицы.
Ученые дополнительно продемонстрировали, как специальный соногидрогель может медленно высвобождать химиотерапевтическое лекарство в печень. Это свойство соночернил позволит объединить трансплантологию и медикаментозное лечение, решая проблему доставки лекарства к «ремонтируемому» органу.
Как всегда, перед тем, как уверенно сказать, что такая технология будет работать у людей, требуется провести еще много исследований.
Мы все еще далеки от внедрения этого инструмента в клиническую практику, но тесты подтвердили потенциал технологии. Нам самим интересно увидеть, куда она может привести
— Шрайк Чжан.
