THEPOWERGAME
Ερευνητές από το MIT ανέπτυξαν ένα τρισδιάστατο εκτυπώσιμο συγκολλητικό ιστού που επιδεικνύει ανώτερη πρόσφυση στους ιστούς, ικανότητες ταχείας σφράγισης σε διάφορες χειρουργικές περιπτώσεις και ένα μοναδικό χαρακτηριστικό απώθησης αίματος. Η τεχνολογία έχει τεράστιες δυνατότητες για να φέρει επανάσταση στη φροντίδα των τραυμάτων και στις εφαρμογές βιοϊατρικών συσκευών.
Η έρευνα δημοσιεύτηκε στο Nature Communications.
Οι κόλλες ιστών παρέχουν εναλλακτικές λύσεις στις παραδοσιακές μεθόδους κλεισίματος πληγών, όπως ράμματα και συνδετήρες, προσφέροντας πλεονεκτήματα όπως μειωμένο τραύμα ιστού, ταχύτερη εφαρμογή και δυνητικά ελαχιστοποιημένες ουλές.
Παρά την αποτελεσματικότητα των παραδοσιακών συγκολλητικών, η χρονοβόρα, εξαρτώμενη από τις δεξιότητες εφαρμογή τους και η ταλαιπωρία του ασθενούς έχουν προκαλέσει την αναζήτηση καινοτόμων λύσεων.
Για παράδειγμα, μπορεί να είναι λιγότερο αποτελεσματικά στη σφράγιση ιστών ακανόνιστου σχήματος ή υψηλής κινητικότητας. Επιπλέον, η εφαρμογή παραδοσιακών συγκολλητικών συντελούν σε παρατεταμένους χειρουργικούς χρόνους. Επιπλέον, αυτές οι μέθοδοι μπορεί να προκαλέσουν βλάβη στους ιστούς και τα ίδια τα υλικά μπορεί να μην ενσωματώνονται πάντα άψογα με το σώμα.
Οι καινοτομίες στις κόλλες ιστών στοχεύουν να ξεπεράσουν αυτά τα μειονεκτήματα παρέχοντας πιο ευέλικτες, αποτελεσματικές και φιλικές προς τον ασθενή λύσεις. Η ανάπτυξη τρισδιάστατων εκτυπώσιμων συγκολλητικών ιστών, όπως παρουσιάστηκε στην έρευνα του MIT, εισάγει μια νέα διάσταση στο κλείσιμο του τραύματος και την επιδιόρθωση ιστών.
Η πρώτη συγγραφέας της μελέτης Sarah Wu, Ph.D. υποψήφια στο Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών του MIT, που εργάζεται υπό την επίβλεψη του καθηγητή Xuanhe Zhao ανέφερε: «Η ερευνητική μας ομάδα έχει ενδιαφερθεί για την ανάπτυξη συγκολλητικών υλικών για ιστούς λόγω της δυνατότητάς τους να σφραγίζουν και να επιδιορθώνουν τραύματα.
Ως μηχανολόγος μηχανικός, έχω επίσης γοητευτεί από την τρισδιάστατη εκτύπωση και την κατασκευαστική ευελιξία που παρέχει. Η σκέψη για τις δυνατότητες που θα μπορούσε να επιτρέψει η τρισδιάστατη κόλλα χαρτιού, όπως προσαρμοσμένα «μπαλώματα» και μαλακές βιοενσωματωμένες συσκευές, μας παρακίνησε να εξερευνήσουμε νέες υλικές λύσεις».
Συστατικά και κατασκευή της κόλλας ιστών
«Η έρευνά μας επικεντρώθηκε στην ανάπτυξη μιας τρισδιάστατης εκτυπώσιμης κόλλας ιστού ικανή να δημιουργεί ειδικά επιθέματα σφράγισης και τοποθέτησης συσκευών», δήλωσε η Wu.
Οι ερευνητές δημιούργησαν ένα μελάνι κόλλας ιστού που περιλαμβάνει ακρυλικό οξύ τοποθετημένο σε πολυουρεθάνη. Αυτή η μοναδική σύνθεση είναι ζωτικής σημασίας για την παροχή ισχυρής πρόσφυσης στους ιστούς, με συγκεκριμένες χημικές λειτουργικές ομάδες υπεύθυνες για το σχηματισμό ενός ασφαλούς δεσμού με τους βιολογικούς ιστούς.
Για να βελτιώσει τη λειτουργικότητά του, η ομάδα ενσωμάτωσε μια υδρόφοβη μήτρα που απωθεί το αίμα στη δομή της κόλλας. Η μήτρα δρα ως προστατευτικό φράγμα, ζωτικής σημασίας για την πρόληψη της άμεσης επαφής με τα σωματικά υγρά και τη διατήρηση της ακεραιότητας της κόλλας, ιδιαίτερα σε δύσκολες συνθήκες όπως αυτές που βρίσκονται σε αιμορραγικούς ιστούς.
Η περίπλοκη διαδικασία ξεκινά με ακρίβεια, καθώς το συγκολλητικό μελάνι ιστού εκτυπώνεται τρισδιάστατα σε μια γυάλινη διαφάνεια με υδρόφοβη επίστρωση, δημιουργώντας ένα σχέδιο με κυκλικούς κενούς χώρους για ηλεκτρόδια. Αυτή η επίστρωση παίζει κρίσιμο ρόλο στη διασφάλιση της αποτελεσματικότητας της κόλλας, ειδικά με την παρουσία σωματικών υγρών.
Στη συνέχεια τυπώνεται πάνω από το συγκολλητικό στρώμα μονωτικού στρώματος πολυουρεθάνης. Αυτό το μονωτικό στρώμα ενισχύει τη λειτουργικότητα και τη σταθερότητα της κόλλας κατά την εφαρμογή.
Μετά από αυτό, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν ασημένιο αγώγιμο μελάνι για τρισδιάστατα ηλεκτρόδια εκτύπωσης και κυκλώματα πάνω στη δομή. Αυτό το βήμα δείχνει την πολυλειτουργικότητα της κόλλας, επιτρέποντας την πιθανή ενσωμάτωση ηλεκτρονικών εξαρτημάτων (εάν απαιτείται) για συγκεκριμένες εφαρμογές.
Οι ερευνητές πρόσθεσαν επίσης διόδους εκπομπής φωτός στο κύκλωμα χρησιμοποιώντας μια μικρή ποσότητα ασημένιου μελανιού. Αυτή η προσθήκη καταδεικνύει έντονα την ευελιξία της κόλλας, υποδηλώνοντας πιθανές εφαρμογές σε βιο-ενσωματωμένες συσκευές.
Το κατασκευασμένο βιοηλεκτρονικό έμπλαστρο στη συνέχεια προσκολλάται σε μια ex vivo χοιρινή καρδιά και χρησιμοποιείται μια πηγή ισχύος για να περάσει ένα ρεύμα μέσω του ιστού, επιβεβαιώνοντας το φωτισμό των LED και υπογραμμίζοντας τις βιοηλεκτρονικές δυνατότητες της κόλλας.
Με συστηματική ακρίβεια, οι ερευνητές εφάρμοσαν τα κατασκευασμένα έμπλαστρα σε διαφορετικά ελαττώματα ιστού, υποβάλλοντάς τα σε μια σειρά δοκιμών. Αυτά περιλαμβάνουν χαρακτηρισμό προσκόλλησης, ρεολογικές και μηχανικές αξιολογήσεις και μελέτες βιοσυμβατότητας που πραγματοποιήθηκαν μέσω μιας σειράς πειραμάτων in vivo σε αρουραίους.
Μοναδικό χαρακτηριστικό: Αιμοαπωθητικό έγχυμα
Η τρισδιάστατη εκτυπώσιμη κόλλα ιστού επέδειξε αξιοσημείωτη υπεροχή στην απόδοση πρόσφυσης ιστού σε σύγκριση με τα υπάρχοντα εμπορικά προϊόντα. Αυτό το επίτευγμα υπογραμμίζεται από τις δυνατότητες ταχείας σφράγισης των ιστών σε διάφορα χειρουργικά σενάρια.
Κατά τη διάρκεια της έρευνας, μια απροσδόκητη σημαντική ανακάλυψη παρουσιάστηκε: η δυνατότητα να εγχυθεί η κόλλα με ένα αιματοαπωθητικό υγρό.
«Παρουσιάστηκε η δυνατότητα να εγχυθεί η πορώδης δομή της τυπωμένης κόλλας μας με ένα αιματοαπωθητικό υγρό που επιτρέπει την πρόσφυση ακόμη και σε ιστούς με έντονη αιμορραγία. Τα περισσότερα συγκολλητικά υλικά ιστών συνήθως αποτυγχάνουν σε αιματηρά περιβάλλοντα, καθιστώντας δύσκολη την επίτευξη αιμόστασης», εξήγησε η Wu.
Η χρήση μιας προστατευτικής υδρόφοβης μήτρας ενίσχυσε περαιτέρω τη λειτουργικότητα της κόλλας, δημιουργώντας ένα φράγμα που την προστατεύει από τα σωματικά υγρά, ζωτικής σημασίας για τη διατήρηση της ακεραιότητάς της, ειδικά σε δύσκολες περιπτώσεις αιμορραγίας.
Η αιματοαπωθητική έγχυση, ένα μετασχηματιστικό χαρακτηριστικό, τοποθετεί την τρισδιάστατη εκτυπώσιμη κόλλα ιστού στην πρώτη γραμμή των βιοϊατρικών υλικών. Αντιμετωπίζει κοινές προκλήσεις που δυσκολεύουν τις υπάρχουσες κόλλες σε περιβάλλοντα με σημαντική ροή αίματος, ανοίγοντας πόρτες σε διάφορες εφαρμογές, από το κλείσιμο τραυμάτων έως πιθανές βιο-ενσωματωμένες συσκευές.
Τα βιοσυγκολλητικά, τρισδιάστατα εκτυπωμένα επιθέματα ιστού επέδειξαν αξιοσημείωτη αντοχή και σκληρότητα σε πολλούς ιστούς. Οι μηχανικές δοκιμές έδειξαν την ανθεκτικότητά τους σε δυνάμεις διάτμησης, πιέσεις διάρρηξης και εφελκυστικά φορτία, υποδεικνύοντας την καταλληλότητά τους σε διαφορετικά φυσιολογικά περιβάλλοντα.
Οι μελέτες βιοσυμβατότητας επιβεβαίωσαν την ασφάλειά τους, με ελάχιστη κυτταροτοξικότητα που παρατηρήθηκε, και in vivo μοντέλα, συμπεριλαμβανομένων των επισκευών τραχείας, παχέος εντέρου, ήπατος και μηριαίας αρτηρίας, δείχνουν επιτυχή προσκόλληση και ενσωμάτωση στον περιβάλλοντα ιστό.
Η απεικόνιση Micro-CT παρείχε ποσοτικές πληροφορίες σχετικά με την αναγέννηση ιστού μετά την επέμβαση, αποδεικνύοντας τη στιβαρότητα και την αποτελεσματικότητα αυτών των επιθεμάτων.
Συσκευές διεπαφής ιστών και λύσεις επιδιόρθωσης ιστών
Οι δυνατότητες του τρισδιάστατου εκτυπώσιμου συγκολλητικού ιστού όχι μόνο θα μπορούσαν να φέρουν επανάσταση στο κλείσιμο του τραύματος, αλλά και να προσφέρουν εκτεταμένες εφαρμογές σε διάφορες συσκευές διεπαφής ιστού.
Η Wu εξήγησε: «Λόγω των ευέλικτων δυνατοτήτων κατασκευής της, η τρισδιάστατη εκτυπώσιμη κόλλα μας θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί σε μια σειρά βιοϊατρικών συσκευών, συμπεριλαμβανομένων αισθητήρων και συστημάτων χορήγησης φαρμάκων.
Για παράδειγμα, μπορεί να ενισχύσει τη σταθερότητα των βιο-ενσωματωμένων αισθητήρων παρέχοντας μια αξιόπιστη διεπαφή για τη μεταφορά σήματος. Ομοίως, μπορεί να διευκολύνει την τοπική διανομή φαρμάκου στους ιστούς».
Οι ερευνητές επιδιώκουν να επικεντρωθούν στην ανάπτυξη της συσκευής διεπαφής μαλακών ιστών, με την κόλλα ως βασικό συστατικό, στο μέλλον.
«Η αξιοποίηση της δυνατότητας εκτύπωσης 3D του υλικού μας ανοίγει συναρπαστικές δυνατότητες για τον σχεδιασμό επιθεμάτων με ιδιότητες ειδικές για τον ιστό, ανοίγοντας το δρόμο για πιο εξατομικευμένες λύσεις επιδιόρθωσης ιστών», κατέληξε η Wu.
Ακολουθήστε το Powergame.gr στο Google News για άμεση και έγκυρη οικονομική ενημέρωση!
