Pilulka, která tiskne bioinkoust pro opravu poškozené tkáně

Výzkumníci EPFL předvedli první biotiskárnu velikosti pilulky, kterou lze spolknout a vést v gastrointestinálním traktu, kde přímo nanáší bioinkoust na poškozené tkáně, aby podpořil opravu.

Poranění měkkých tkání gastrointestinální traktjako vředy nebo krvácení, lze v současné době léčit pouze nějakou formou chirurgického zákroku, který je invazivní a nemusí vést k trvalé nápravě. Bioprinting se objevuje jako účinná léčba, která nanáší biokompatibilní „inkoust“ – často vyrobený z přírodních polymerů odvozených z mořských řas – přímo na místo poškození tkáně a vytváří tak lešení pro nový buněčný růst. Ale stejně jako tradiční chirurgické nástroje bývají tyto druhy biotiskáren objemné a vyžadují anestezii.

Zároveň se vyvíjejí „nepřivázané“ technologie k provádění lékařských zákroků bez fyzického napojení na externí zařízení. Například poživatelné „chytré kapsle“ mohou být naváděny na místa podávání léků pomocí vnějších magnetů. Ale tato zařízení jsou navržena tak, aby cestovala kapalinami a jejich pohyby se stávají nepředvídatelnými, když se dotknou stěny tkáně.

Bioprinting na druhou stranu vyžaduje kontakt s tkání. Nyní tým z Laboratoře pro pokročilé výrobní technologie v EPFL’s School of Engineering vytvořil MEDS (Magnetic Endoluminal Deposition System): první poživatelnou biotiskárnu, kterou lze navést na místa onemocnění a vytisknout tkáň v těle. Nedávno zveřejněno v Pokročilá vědatato technologie otevírá dveře novému způsobu neinvazivní lékařské intervence.

„Kombinací principů in-situ biotiskáren s koncepty uvolňování léčiv v chytrých kapslích si můžeme představit novou třídu zařízení: polykatelnou biotiskárnu o velikosti pilulky,“ říká vedoucí laboratoře Vivek Subramanian.

Minimálně invazivní oprava

MEDS je navržen jako kuličkové pero s pružinovým hrotem, který uvolňuje inkoust – kromě tohoto je zařízení mnohem menší a inkoust je živý biogel. MEDS o velikosti pilulky obsahuje malou komoru s bioinkoustem a pružinový plunžrový mechanismus, který vytlačuje materiál ven. Bez palubní elektroniky je spoušť spínána externím blízkým infračerveným laserovým paprskem, který bezpečně proniká do tkání těla. Když se bioinkoust vynoří, je kapsle řízena s přesností pomocí externího magnetu namontovaného na robotickém rameni, podobně jako navádění joysticku.

Ve svých experimentech tým EPFL použil svou biotiskárnu k opravě umělých vředů různých velikostí na simulované žaludeční tkáni a dokonce k utěsnění simulovaného krvácení. V experimentech in vivo prováděných v akreditovaném zařízení pro výzkum zvířat v USA vědci také úspěšně použili své zařízení k ukládání bioinkoustu v žaludečních traktech králíků. V těchto experimentech tým sledoval pohyby kapsle pomocí rentgenové fluoroskopie, což prokázalo potenciál zařízení – které lze získat orálně pomocí magnetického vedení – pro minimálně invazivní opravu.

Vědci zdůrazňují, že kromě ochrany vředů před žaludečními šťávami lze samotný bioinkoust kombinovat s lékem nebo buňkami, aby se dále podpořila obnova tkání.

„V naší kontrole laboratorní experimentynáš bioinkoust nabitý buňkami si zachoval své strukturální integrita po dobu více než 16 dnů, což naznačuje jeho potenciál jako „mikrobioreaktoru“, který může uvolňovat růstové faktory a získávat nové buňky pro hojení ran,“ říká doktorand Sanjay Manoharan.

Poznamenává, že ačkoli jsou tato zjištění povzbudivá, jejich použitelnost in vivo bude muset být ověřena v budoucích studiích. „Celkově naše výsledky podporují základní roli MEDS v budoucích biotiskových aplikacích. Dále plánujeme rozšířit jeho schopnosti do krevních cév a tkání břišní stěny (peritoneum).“