科學家使用超聲波在體內深處“3D 打印”材料

美國的科學家們創造了一種方法3D 打印材料使用超聲波在體內。對小鼠和兔子的測試表明，該技術可以提供癌癥藥物直接作用于器官并修復受傷組織。

該方法被稱為深層組織體內聲音打印 （DISP），涉及注射專門的生物墨水.成分可以根據它們在體內的預期功能而有所不同，但不可協商的是聚合物鏈和交聯劑，以將它們組裝成水凝膠結構。

為了防止水凝膠立即形成，交聯劑被鎖定在稱為脂質體的脂質顆粒內，外殼設計為在加熱到 41.7 °C （107.1 °F） 時泄漏——比體溫高幾度。

該團隊由加州理工學院 （Caltech） 的科學家領導，使用一束聚焦超聲來加熱脂質體并在脂質體上打孔，釋放交聯劑，并在體內形成水凝膠。

而以前的研究使用紅外光在體內 3D 打印水凝膠，這次選擇超聲波作為觸發機制，因為它可以激活注入更深處的生物墨水，深入到肌肉和器官。

“紅外線的穿透力非常有限。它只到達皮膚下方。Wei Gao 說，加州理工學院的生物醫學工程師。“我們的新技術可以到達深層組織，可以打印各種材料，應用范圍廣泛，同時保持出色的生物相容性。”

通過精確控制超聲波束，該團隊能夠 3D 打印出復雜的形狀，如星星和淚滴。

不過，DISP 不僅僅是一個有趣的新型身體改造工具——使用不同版本水凝膠的動物測試表明，它可以幫助替換或修復受損組織、輸送藥物或監測電信號以進行心電圖等測試。

研究人員使用微小的氣泡作為成像造影劑，使他們能夠看到系統何時工作。

這些囊泡在暴露于聚合物交聯的化學反應時會改變其對比度。超聲波拾取這些信號并確認反應有效。

在兔子中，研究人員在皮膚以下 4 厘米（約 1.6 英寸）的深度打印了人造組織碎片。這可能會有所幫助加速修復之傷口和損傷– 特別是如果細胞首先摻入 Bioink 中。

在對膀胱癌 3D 細胞培養物的測試中，該團隊施用了一種裝有化療藥物的生物墨水阿 霉 素.使用 DISP 方法將其硬化成水凝膠，藥物在幾天內緩慢釋放。這導致癌細胞死亡明顯高于常規注射該藥物。

在生物墨水中添加其他成分可以給 DISP 帶來更多的用途。研究人員還使用碳納米管和銀納米線制造了導電生物墨水，可用于植入式傳感器，用于檢測來自心臟或肌肉的溫度或電信號。

該團隊表示，重要的是，沒有檢測到水凝膠的毒性，剩余的液體生物墨水會在 7 天內自然從體內沖洗出來。

當然，研究人員仍然需要跨越動物測試和人類測試之間的鴻溝，但 3D 打印人體生物醫學設備是一個有趣的想法。

“我們的下一階段是嘗試在更大的動物模型中打印，希望在不久的將來，我們可以在人類中進行評估，”高說.“未來，在 AI 的幫助下，我們希望能夠在跳動的心臟等移動器官內自主觸發高精度打印。”

該研究發表在雜志上科學.

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