A impressão 3D in vivo usando o som é promissora para a entrega precisa de medicamentos, a cicatrização de feridas e mais

Think about que os médicos pudessem imprimir com precisão as cápsulas em miniatura capazes de fornecer células necessárias para o reparo dos tecidos exatamente onde são necessários dentro de um coração batendo.

Uma equipe de cientistas liderada pela Caltech deu um passo significativo em direção a esse objetivo last, tendo desenvolvido um método para polímeros de impressão em 3D em locais específicos profundos em animais vivos. A técnica depende do som para localização e já foi usado para imprimir polímero Cápsulas para administração seletiva de medicamentos, bem como polímeros semelhantes a cola para selar feridas internas.

Anteriormente, os cientistas usaram luz infravermelha Para desencadear polimerização, a ligação das unidades básicas ou monômeros de polímeros dentro dos animais vivos.

“Mas a penetração no infravermelho é muito limitada. Ela só chega emblem abaixo da pele”, diz Wei Gao, professor de engenharia médica da Caltech e um investigador do Instituto de Pesquisa Médica Heritage. “Nossa nova técnica atinge o tecido profundo e pode imprimir uma variedade de materiais para uma ampla gama de aplicações, mantendo a excelente biocompatibilidade”.

Gao e seus colegas relatam seu novo in vivo Técnica de impressão 3D no diário Ciência.

Juntamente com géis e polímeros bioadesivos para entrega de medicamentos e células, o artigo também descreve o uso da técnica para imprimir hidrogéis bioelétricos, que são polímeros com materiais condutores incorporados para uso no monitoramento interno de sinais vitais fisiológicos, como nos eletrocardiogramas (ECGs). O principal autor do estudo é Elaham Davoodi, professor assistente de engenharia mecânica da Universidade de Utah, que concluiu o trabalho enquanto um estudioso de pós -doutorado da Caltech.

A origem de uma nova ideia

Querendo descobrir uma maneira de realizar um tecido profundo in vivo, Gao e seus colegas se voltaram para o ultrassom, uma plataforma amplamente utilizada na biomedicina para penetração de tecidos profundos. Mas eles precisavam de uma maneira de acionar a reticulação (ligação de monômeros) em um native específico e somente quando desejado.

Eles criaram uma nova abordagem: mix o ultrassom com lipossomas sensíveis à baixa temperatura. Tais lipossomas, vesículas esféricas semelhantes a células com camadas de gordura protetora, são frequentemente usadas para Entrega de medicamentos. No novo trabalho, os cientistas carregaram os lipossomas com um agente de reticulação e os incorporaram em uma solução de polímero contendo os monômeros do polímero que eles queriam imprimir, um agente de contraste de imagem que revelaria quando a reticulação ocorreu e a carga que eles esperavam entregar – um medicamento terapêutico, por exemplo.

Componentes adicionais podem ser incluídos, como células e materiais condutores, como nanotubos de carbono ou prata. O bioink composto foi então injetado diretamente no corpo.

Levante a temperatura apenas um toque para desencadear a impressão

As partículas de lipossomo são sensíveis à baixa temperatura, o que significa que, usando o ultrassom focado para aumentar a temperatura de uma pequena região direcionada em cerca de 5 graus Celsius, os cientistas podem desencadear a liberação de sua carga útil e iniciar a impressão de polímeros.

“Aumentar a temperatura em alguns graus Celsius é suficiente para que as partículas de lipossomos liberem nossos agentes de reticulação”, diz Gao. “Onde os agentes são liberados, é aí que a polimerização ou impressão localizada acontecerá”.

A equipe usa vesículas de gás derivadas de bactérias como agente de contraste de imagem. As vesículas, cápsulas cheias de ar da proteína, aparecem fortemente na imagem por ultrassom e são sensíveis a alterações químicas que ocorrem quando a solução de monômero líquido hyperlinks cruzados para formar uma rede de gel. As vesículas realmente mudam de contraste, detectadas por imagens de ultrassom, quando a transformação ocorre, permitindo que os cientistas identifiquem facilmente quando e precisamente onde a reticulação de polimerização ocorreu, permitindo que eles personalizem os padrões impressos em animais vivos.

A equipe chama a nova técnica de Plataforma de Impressão de Sounds In vivo (DISP).

Quando a equipe usou a plataforma DISP para imprimir polímeros carregados com doxorrubicina, um medicamento quimioterapêutico, perto de um tumor da bexiga em camundongos, eles encontraram substancialmente mais morte celular tumoral por vários dias em comparação com os animais que receberam a droga através da injeção direta de soluções de drogas.

“Já mostramos em um pequeno animal que podemos imprimir hidrogéis carregados de medicamentos para tratamento de tumores”, diz Gao. “Nosso próximo estágio é tentar imprimir em um modelo animal maior e, esperançosamente, em um futuro próximo, podemos avaliar isso em humanos”.

A equipe também acredita que o aprendizado de máquina pode aprimorar a capacidade da plataforma DISP de localizar e aplicar com precisão o ultrassom focado.

“No futuro, com a ajuda da IA, gostaríamos de poder desencadear autonomamente a impressão de alta precisão em um órgão em movimento, como um coração espancado”, diz Gao.