3D gedrucktes Ohr mit Licht auf der Rückseite einer Maus

Gianluca Riccio

Medizin

Zum ersten Mal kann ein Forscherteam Gewebe direkt in einem Körper drucken: Ein 3D-gedrucktes Ohr auf der Rückseite einer Maus kann die biomedizinische Technik verändern.

Bioengineering ist immer komplexer und artikulierter geworden. Mit nichts anderem als Licht und Biotinte konnten die Wissenschaftler eine Struktur, die einem menschlichen Ohr ähnelt, direkt unter die Haut der Mäuse drucken.

Das Team verwendete ein gesundes Ohr als Modell und druckte ein Ohr aus einem Spiegelbild (Gewebeschicht auf Gewebeschicht) direkt auf der Rückseite einer Maus in 3D.

Alles ohne einen einzigen chirurgischen Schnitt.

Wenn Sie das für etwas gruselig halten, kann ich Ihnen keine Vorwürfe machen. Der Proof of Concept ist jedoch auffällig. Das Team zeigte, dass es möglich ist, Gewebeschichten, selbst so komplex wie ein Ohr, ohne chirurgisches Implantat aufzubauen oder zu rekonstruieren.

Dies bedeutet, dass es eines Tages möglich sein kann, ein Ohr oder andere genetische oder verletzte Gewebeschäden direkt an der Verletzungsstelle zu reparieren. Ich habe solche Dinge nur auf Star Trek gesehen und sie als die fortschrittlichsten angesehen.

3D-Bioprinting, Drucken mit Licht

Die Technologie, 3D-Bioprinting auf Basis der digitalen Lichtbehandlung (DLP), hat in den letzten zehn Jahren aufgrund ihrer Vielseitigkeit viel Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Im dieser interessante Artikel von Insidern finden Sie ein umfassendes Kompendium des Themas und seiner Kunststufe.

Die Grundidee besteht darin, bioinkhaltige Zellen in das beschädigte Gewebe zu injizieren und diese „Abgüsse“ zu beleuchten, um die Zellen in der Biotinte zu „aktivieren“. Je nach Zelltyp können sie dann beschädigte Rückenfäden, Nervenfasern oder Blutgefäße reparieren.

in dieser Studie, letzte Woche in Science Advances veröffentlichtDas Team machte einen Schritt nach vorne in der Technik. Mithilfe des computergestützten Designs entwarfen sie mehrere Formen und speisten Daten in ein digitales Gerät ein, das eine Infrarot- „Matrix“ erzeugte.

Diese Strahlen dringen in das Gewebe ein und bauen es praktisch von innen auf.

Innerhalb von 20 Sekunden konnte das Team die Grundform eines menschlichen Ohrs auf einer lebenden Maus erzeugen. Das 3D-gedruckte Ohr hat seine raffinierte Struktur seit mehr als einem Monat beibehalten.

Kein Skalpell

Ich betone die grundlegende Bedeutung dieser Studien, da die Notwendigkeit einer Operation die derzeitige derzeitige Grenze für das Tissue Engineering darstellt.

Die meisten Stoffprototypen in 3D gedruckt Heute wird es im Labor durchgeführt, wo Wissenschaftler das Gewebewachstum direkter kontrollieren können.

Alle versuchten Ansätze haben eines gemeinsam: Sie erfordern letztendlich eine Operation. Das Gewebe muss chirurgisch entnommen und in die beschädigte Stelle eingeführt werden. Eine Operation kann zu einer Beschädigung des Implantats und des umgebenden Gewebes führen. Die Konsequenzen? Von langen Krankenhausaufenthalten über die Wiederholung der Operation bis hin zur Implantatentfernung.

Zauberstab

In dem neuen Ansatz, der in diesem Beitrag behandelt wird, stellte ich fest, dass die Wissenschaftler "Licht" verwendeten, um ein Ohr mit Biotinte in 3D zu drucken. Ähnlich wie bei bestimmten Zahnrekonstruktionen wird Licht verwendet, um die Zellen der Biotinte zu „aktivieren“ und zu polymerisieren. Somit kann ein neuer Stoff tatsächlich direkt auf einen anderen oder sogar unter die Haut gedruckt werden.

Herkömmlicherweise wird ultraviolettes oder blaues Licht verwendet, um das Bioprinting zu unterstützen, aber es hat eine geringe Fähigkeit, Gewebe zu durchdringen. Und es kann auch Schäden, Sonnenbrand am entstehenden und umgebenden Gewebe verursachen.

Infrarotlicht kann stattdessen den Bioink aktivieren und tief in das Gewebe scheinen. Da unterschiedliche räumliche Lichtmuster angepasst werden können, um die Biotinte sowohl innerhalb einer Schicht als auch zwischen den Schichten unterschiedlich zu aktivieren, verwendete das Team das Licht als echten Meißel.

Im ersten Test druckte das Team in nur 15 Sekunden eine einzelne Schicht schalenförmiger Strukturen auf die Außenseite des Körpers. Dann begannen sie mit dem 3D-Druck einer Vielzahl von Formen: einem dreischichtigen Kuchen, einem Lebkuchenmann (kein Scherz), einem Seestern und anderen.

3D-Druck im Körper

Nach mehreren durchgeführten Tests zielte das Team auf das große Ziel ab: 3D-Druck eines Stoffes direkt im Körper. "Es ist etwas schwieriger", erklären die Forscher, weil der Sauerstoffgehalt in einem lebenden Organismus den Vernetzungseffekt hemmen kann, was bedeutet, dass die Tinte möglicherweise nicht fest wird.

Unter dem Strich hat das Team die richtigen Wellenlängen gefunden. Am Ende erstellte er ein Ohrmodell für den 3D-Druck und füllte es dann mit Chondrozyten, Zellen, die die Struktur des Ohrknorpels bilden.

Ein besserer Weg, um zu heilen?

Der Bau neuer Stoffe ist nicht das einzige, was Technologie leisten kann. Stoffe können auch repariert werden. In einer zusätzlichen Studie stellte das Team fest, dass der gleiche Ansatz schwere Wunden heilen kann.

In einem anderen Test druckte das Team ein Gerüst mit Zellen in Mäusen, die an Muskelverletzungen leiden, und aktivierte das bedruckte Gewebe mit Licht. Innerhalb von 10 Tagen zeigten die Mäuse im Vergleich zu einer Kontrollgruppe "einen signifikanten Wundverschluss".

Alles zusammen: Es ist das erste Mal, dass Wissenschaftler in der Lage sind, Gewebe im Körper zu regenerieren und gleichzeitig die Wundheilung ohne Operation zu fördern.

Sicher, es gibt einen langen Weg zwischen dem „3D-Drucken eines menschlichen Ohrs auf dem Rücken einer Maus“ und dem „Regenerieren eines verletzten Ohrs“, aber die Studie zeigt, dass dies möglich ist.

Aber die Zukunft sieht rosig aus. Diese Arbeit wird einen neuen Weg für die 3D-Druckforschung ebnen und das Gebiet der nicht-invasiven Medizin vorantreiben.