Zespół naukowców z École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) opracował pierwszą na świecie biodrukarkę wielkości pigułki, która może być połknięta i użyta do naprawy tkanek przewodu pokarmowego od wewnątrz, bez konieczności przeprowadzania inwazyjnych zabiegów chirurgicznych. Urządzenie, nazwane MEDS (Magnetic Endoluminal Deposition System), umożliwia precyzyjne nanoszenie bioatramentu w miejscu uszkodzenia, co otwiera nowy rozdział w minimalnie inwazyjnej medycynie regeneracyjnej.
Z tego artykułu dowiesz się…
- Jak działa pierwsza na świecie biodrukarka wielkości pigułki (MEDS) i czym się wyróżnia.
- Jakie możliwości daje biodrukowanie bezpośrednio w przewodzie pokarmowym.
- Jakie wyniki osiągnięto w badaniach in vitro i in vivo z udziałem królików.
- Jakie są potencjalne zastosowania technologii MEDS w przyszłości, m.in. w leczeniu naczyń krwionośnych i otrzewnej.
Nowa era w biodruku – od skalpela do kapsułki
Urazy tkanek miękkich przewodu pokarmowego, takie jak wrzody, perforacje czy krwotoki, dotąd leczono głównie chirurgicznie. Procedury te, mimo postępu technologicznego, pozostają obarczone ryzykiem powikłań i nie zawsze prowadzą do trwałego efektu. Biodrukowanie – polegające na nanoszeniu biozgodnego atramentu w miejscu uszkodzenia – stanowi alternatywę dla klasycznej chirurgii, tworząc naturalne „rusztowanie” wspomagające regenerację komórek.
Jak tłumaczą naukowcy z EPFL, dotychczasowe biodrukarki były zbyt duże, by zastosować je wewnątrz ciała, a ich obsługa wymagała znieczulenia. Dlatego opracowano MEDS – miniaturową biodrukarkę, którą można połknąć. To przełom w kierunku terapii, które działają od środka, bez skalpela.
Łącząc zasady działania biodrukarek in-situ z koncepcją uwalniania leków w inteligentnych kapsułkach, możemy wyobrazić sobie nową klasę urządzeń: biodrukarkę wielkości pigułki, którą można połknąć – wyjaśnia kierownik projektu, Vivek Subramanian.
MEDS – biodrukarka inspirowana długopisem
Konstrukcja MEDS przypomina długopis wyposażony w mechanizm sprężynowo-tłokowy, który wypycha biotusz w kontrolowany sposób. Wewnątrz pigułki znajduje się miniaturowa komora z bioatramentem – żelem biokompatybilnym, często opartym na naturalnych polimerach pochodzenia roślinnego.
Urządzenie nie zawiera elektroniki. Uwalnianie biotuszu odbywa się za pomocą zewnętrznej wiązki lasera bliskiej podczerwieni, która przenika przez tkanki, aktywując mechanizm wewnątrz kapsułki. Ruch pigułki jest natomiast kontrolowany przez zewnętrzny magnes zamontowany na ramieniu robota, działający podobnie jak joystick.
Dzięki temu MEDS może zostać precyzyjnie skierowany do miejsca uszkodzenia i rozpocząć proces naprawy tkanek bez jakiejkolwiek interwencji chirurgicznej.
Eksperymenty i wyniki badań
W badaniach laboratoryjnych zespół z EPFL wykorzystał MEDS do naprawy sztucznych wrzodów o różnej wielkości oraz uszczelniania symulowanych krwotoków w modelach tkanek żołądkowych. Następnie przeprowadzono eksperymenty in vivo w certyfikowanym ośrodku w Stanach Zjednoczonych.
Podczas badań na królikach urządzenie skutecznie nanosiło bioatrament w przewodzie pokarmowym. Pozycję i ruch kapsułki śledzono z wykorzystaniem fluoroskopii rentgenowskiej, co potwierdziło jej dokładność i bezpieczeństwo.
W naszych kontrolowanych eksperymentach laboratoryjnych nasz biotusz zawierający komórki zachował integralność strukturalną przez ponad 16 dni, co wskazuje na jego potencjał jako 'mikrobioreaktora’, który może uwalniać czynniki wzrostu i rekrutować nowe komórki w celu gojenia ran – tłumaczy Sanjay Manoharan, doktorant w zespole badawczym.
Oprócz właściwości ochronnych, bioatrament można łączyć z lekami lub komórkami macierzystymi, aby przyspieszyć regenerację tkanek i zwiększyć skuteczność terapii.
Minimalnie inwazyjna medycyna przyszłości
Badacze z EPFL podkreślają, że ich technologia może być punktem wyjścia do opracowania nowej klasy narzędzi medycznych, które pozwolą na leczenie chorób układu pokarmowego, naczyniowego czy nawet tkanek jamy brzusznej bez otwierania ciała pacjenta.
Nasze wyniki potwierdzają fundamentalną rolę MEDS w przyszłych zastosowaniach biodruku. Następnie planujemy rozszerzyć jego możliwości na naczynia krwionośne i tkanki ściany jamy brzusznej (otrzewnej) – zapowiada Manoharan.
Technologia ta może zrewolucjonizować sposób leczenia chorób przewodu pokarmowego, eliminując potrzebę znieczulenia ogólnego, skracając czas hospitalizacji i ograniczając ryzyko powikłań pooperacyjnych.
👉 Wyniki oraz opis badań znajdziesz pod TYM LINKIEM
Główne wnioski
- Innowacja z EPFL: Naukowcy z EPFL opracowali pierwszą biodrukarkę do połykania (MEDS), umożliwiającą precyzyjne nanoszenie bioatramentu w układzie pokarmowym bez znieczulenia czy zabiegu chirurgicznego.
- Precyzyjne działanie: Urządzenie aktywowane jest wiązką lasera bliskiej podczerwieni i sterowane zewnętrznym magnesem, co umożliwia dokładne drukowanie na uszkodzonych tkankach.
- Eksperymenty in vivo: W testach na królikach kapsułka skutecznie naprawiała sztuczne wrzody i uszczelniała krwotoki, potwierdzając potencjał technologii do zastosowania klinicznego.
- Potencjał terapeutyczny: Biożel może zawierać komórki lub leki, działać jak mikrobioreaktor i przyspieszać gojenie ran nawet przez ponad 16 dni.
Źródło:
- Ecole Polytechnique Federale de Lausanne
- Advanced Science
