Επαναστατική Προσέγγιση στην Ιατρική Τεχνολογία μέσω Υπερήχων
Η ιατρική τεχνολογία συνεχίζει να επιταχύνει τις εξελίξεις της, πλησιάζοντας ολοένα και περισσότερο φουτουριστικά σενάρια που προηγουμένως φαίνονταν αδιανόητα. Μία από τις πιο ελπιδοφόρες καινοτομίες είναι η 3D εκτύπωση βιοϋλικών απευθείας μέσα στο ανθρώπινο σώμα, προσφέροντας τον ιδανικό συνδυασμό ακρίβειας και ασφάλειας. Ερευνητές στις Ηνωμένες Πολιτείες, με τη χρήση υπερήχων αντί για φως, έχουν καταφέρει για πρώτη φορά να ενορχηστρώσουν την εκτύπωση βιοπολυμερών σε ζωντανό ιστό, ανοίγοντας νέους ορίζοντες για θεραπείες που περιλαμβάνουν τη στοχευμένη χορήγηση φαρμάκων και την αποκατάσταση τραυματισμένων ιστών.
Η Μέθοδος DISP και οι Εφαρμογές της
Η καινοτόμος μέθοδος που αναπτύχθηκε φέρει την ονομασία deep tissue in vivo sound printing (DISP). Αυτή η τεχνική περιλαμβάνει την έγχυση εξειδικευμένων βιομελανών και οι συστατικές της ενώσεις προσαρμόζονται ανάλογα με τη χρήση τους στο ανθρώπινο σώμα. Αυτά περιλαμβάνουν αλυσίδες πολυμερών και ειδικούς παράγοντες διασύνδεσης, οι οποίοι διευκολύνουν τη μετατροπή τους σε υδρογέλη. Σημαντικά πειράματα σε ποντίκια και κουνέλια έχουν αποδείξει ότι η μέθοδος μπορεί να επιτρέψει την άμεση χορήγηση αντικαρκινικών φαρμάκων στα όργανα και την αποκατάσταση κατεστραμμένων ιστών.
Για την πρόληψη της πρόωρης δημιουργίας υδρογέλης, οι ερευνητές του Τεχνολογικού Ινστιτούτου της Καλιφόρνια (Caltech) περιέκλεισαν τους παράγοντες διασύνδεσης σε λιποσώματα, τα οποία εκρήγνυνται σε θερμοκρασίες γύρω στους 41,7°C, δηλαδή ελαφρώς υψηλότερα από τη φυσιολογική θερμοκρασία του σώματος. Χρησιμοποιώντας εστιασμένους υπερήχους, κατάφεραν να θεραπεύσουν τα λιποσώματα, απελευθερώνοντας παράλληλα τους παράγοντες και δημιουργώντας την υδρογέλη απευθείας στο σημείο-στόχο μέσα στο σώμα.
Σε αντίθεση με προηγούμενες προσεγγίσεις που εξαρτώνταν από υπέρυθρο φως, οι ερευνητές προτίμησαν τους υπερήχους καθώς αυτοί μπορούν να διεισδύσουν σε μεγαλύτερα βάθη, φτάνοντας έως τους μυς και τα εσωτερικά όργανα. Όπως δήλωσε ο βιοϊατρικός μηχανικός του Caltech, Γουέι Γκάο, «το υπέρυθρο φως έχει περιορισμένες δυνατότητες διείσδυσης, εντούτοις η νέα μας τεχνική επιτρέπει την εκτύπωση υλικών σε σημαντικό βάθος, διατηρώντας παράλληλα υψηλή βιοσυμβατότητα». Αυτή η εξέλιξη επιτρέπει την ακριβή εκτύπωση σύνθετων σχημάτων, όπως αστέρια και σταγόνες.
Καινοτομίες και Πρακτικές Εφαρμογές
Η τεχνική DISP δεν περιορίζεται μόνο στην εκτύπωση, αλλά έχει αποκτήσει και πολλές πρακτικές εφαρμογές. Χρησιμοποιήθηκε για πειραματισμούς που περιλαμβάνουν την αντικατάσταση ή αποκατάσταση ιστών, την στοχευμένη χορήγηση φαρμάκων, και ακόμα και την καταγραφή ηλεκτρικών σημάτων. Σε πειράματα που διεξήχθησαν με κουνέλια, το σύστημα είχε τη δυνατότητα να εκτυπώσει τεχνητό ιστό σε βάθος έως 4 εκατοστών κάτω από το δέρμα, επιταχύνοντας έτσι τη διαδικασία επούλωσης τραυμάτων, ιδιαίτερα όταν ενσωματώνονται κύτταρα στο βιομελάνι.
Η χορήγηση χημειοθεραπευτικών φαρμάκων μέσω του DISP σε 3D καλλιέργειες κυττάρων καρκίνου της ουροδόχου κύστης επιτεύχθηκε μέσω σταδιακής αποδέσμευσης του φαρμάκου, με σημαντικά υψηλότερα ποσοστά καταστροφής καρκινικών κυττάρων σε σύγκριση με την απλή έγχυση. Η ομάδα ερευνητών έχει αναπτύξει επίσης αγώγιμα βιομελάνια μέσω νανοσωλήνων άνθρακα και νανοσύρματων αργύρου, που μπορεί να χρησιμοποιηθούν για εμφυτεύσιμους αισθητήρες, καταγράφοντας τη θερμοκρασία ή τα ηλεκτρικά σήματα της καρδιάς και των μυών. Αξιοσημείωτο είναι πως δεν παρατηρήθηκε τοξικότητα από την υδρογέλη, η οποία αποβλήθηκε φυσικά από τον οργανισμό μέσα σε μία εβδομάδα.
Μελλοντικές Προοπτικές και Εφαρμογές
Παρόλο που η μετάβαση από τις δοκιμές σε ζώα στην εφαρμογή σε ανθρώπους αποτελεί το επόμενο σημαντικό βήμα, η προοπτική της 3D εκτύπωσης ιατροτεχνολογικών συσκευών μέσα στο σώμα φαίνεται πολύ υποσχόμενη. Ο Γκάο προσθέτει: «Το επόμενο βήμα μας είναι η εκτύπωση σε μεγαλύτερα ζωικά μοντέλα και, σύντομα, η αξιολόγηση σε ανθρώπους. Στο μέλλον, με την υποστήριξη της τεχνητής νοημοσύνης, σκοπεύουμε να πετύχουμε ακριβή, αυτόνομη εκτύπωση ακόμη και μέσα σε κινούμενα όργανα, όπως η καρδιά».
Η μελέτη αυτή δημοσιεύθηκε στην επιστημονική επιθεώρηση Science, φέρνοντας στο προσκήνιο τις απίστευτες δυνατότητες που ανοίγονται μέσω αυτής της καινοτόμου τεχνολογίας.