美國(guó)科學(xué)家開發(fā)出利用超聲波在體內(nèi)進(jìn)行3D打印的新方法。在小鼠和兔子身上的實(shí)驗(yàn)表明，該技術(shù)可以將抗癌藥物精準(zhǔn)遞送至器官，并修復(fù)受損組織。

這項(xiàng)名為深部組織體內(nèi)聲學(xué)打印（DISP）的技術(shù)需要注射特殊生物墨水。根據(jù)體內(nèi)預(yù)期功能的不同，墨水成分可以調(diào)整，但必須包含能組裝成水凝膠結(jié)構(gòu)的聚合物鏈和交聯(lián)劑。

為防止水凝膠瞬間成型，交聯(lián)劑被密封在脂質(zhì)體（基于脂質(zhì)的微粒）中。這些脂質(zhì)體外殼設(shè)計(jì)為在41.7攝氏度（約107.1華氏度） —— 略高于體溫時(shí)發(fā)生泄漏。

由加州理工學(xué)院科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)使用聚焦超聲束加熱脂質(zhì)體并制造孔隙，釋放交聯(lián)劑，直接在體內(nèi)形成水凝膠。此前研究曾用紅外光在體內(nèi)3D打印水凝膠，但此次選擇超聲波作為觸發(fā)機(jī)制，因?yàn)樗芗せ钭⑸涞郊∪夂推鞴俚雀畈课坏纳锬?/p>

"紅外線穿透力非常有限，只能到達(dá)皮下。"加州理工學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程師高偉（音譯）表示，"我們的新技術(shù)可達(dá)深層組織，能打印多種材料用于廣泛用途，同時(shí)保持優(yōu)異的生物相容性。"

通過精確控制超聲束，團(tuán)隊(duì)成功打印出星形、淚滴形等復(fù)雜結(jié)構(gòu)。DISP不僅是新奇的體內(nèi)改造工具 —— 使用不同版本水凝膠的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，它可幫助替換或修復(fù)受損組織、遞送藥物，或監(jiān)測(cè)心電檢測(cè)等電信號(hào)。

研究人員使用微型氣囊作為成像造影劑，借此觀察系統(tǒng)工作情況。當(dāng)這些氣囊接觸聚合物交聯(lián)的化學(xué)反應(yīng)時(shí)，其對(duì)比度會(huì)發(fā)生變化。超聲波捕捉這些信號(hào)即可確認(rèn)反應(yīng)成功。

在兔子實(shí)驗(yàn)中，研究人員在皮下4厘米（約1.6英寸）深度打印人工組織。這有助于加速傷口愈合 —— 若先在生物墨水中加入細(xì)胞效果更佳。在膀胱癌3D細(xì)胞培養(yǎng)測(cè)試中，團(tuán)隊(duì)使用載有化療藥物阿霉素的生物墨水。通過DISP方法將其固化成水凝膠后，藥物在數(shù)日內(nèi)緩慢釋放，癌細(xì)胞死亡率顯著高于常規(guī)注射。

通過添加其他成分，DISP用途更加廣泛。研究人員還開發(fā)出含碳納米管和銀納米線的導(dǎo)電生物墨水，可用于植入式傳感器監(jiān)測(cè)溫度或心/肌電信號(hào)。重要的是，研究未檢測(cè)到水凝膠毒性，殘留液態(tài)生物墨水在七日內(nèi)會(huì)被身體自然清除。

當(dāng)然，從動(dòng)物實(shí)驗(yàn)到人體應(yīng)用仍有鴻溝，但體內(nèi)直接3D打印生物醫(yī)學(xué)設(shè)備的前景令人興奮。"下一步我們將在更大型動(dòng)物模型中測(cè)試，希望不久后能進(jìn)行人體評(píng)估。"高偉說，"未來借助人工智能，我們希望在搏動(dòng)心臟等運(yùn)動(dòng)器官內(nèi)實(shí)現(xiàn)自主觸發(fā)的高精度打印。"

該研究成果已發(fā)表于《科學(xué)》期刊。

如果朋友們喜歡，敬請(qǐng)關(guān)注“知新了了”！