W ostatnich latach wzrosło zainteresowanie sposobami integracji technologii z ludzkim ciałem, zwłaszcza jeżeli mówimy o elektronice i układzie nerwowym. Już teraz implanty mózgowe są stosowane do walki z epilepsją czy chorobą Parkinsona, a być może w przyszłości wyleczą także inne schorzenia, niekoniecznie neurologiczne.
Czytaj też: Głęboka stymulacja mózgu sposobem na zaburzenia odżywiania. Jeden implant, a efekty mówią same za siebie
Połączenie metalicznej elektroniki z żywą tkanką jest niezwykle trudne, a sam proces trudno określić mianem nieinwazyjnego, długotrwałego i skutecznego. To z kolei ogranicza zastosowanie implantów w medycynie. Naukowcy z Lancaster University postanowili zmienić podejście. Zamiast cokolwiek wszczepiać do organizmu, lepiej układy scalone w nim dosłownie “wyhodować” – a jest to możliwe dzięki technologii druku 3D. Szczegóły opisano w czasopiśmie Advanced Materials.
Dr John Hardy z Lancaster University mówi:
To podejście potencjalnie umożliwia produkcję złożonej elektroniki 3D do zastosowań technicznych i medycznych. Takie podejście może zrewolucjonizować sposób, w jaki wszczepiamy, ale także naprawiamy urządzenia medyczne. Pewnego dnia technologie mogłyby zostać wykorzystane do naprawy uszkodzonych implantów elektronicznych w procesie podobnym do laserowej chirurgii stomatologicznej/okulistycznej. To przekształciłoby obecnie poważną operację w znacznie prostszy, szybszy, bezpieczniejszy i tańszy zabieg.
Drukowanie elektroniki wewnątrz organizmów już możliwe
Uczeni wykorzystali laserową drukarkę 3D Nanoscribe do wytworzenia obwodu elektronicznego bezpośrednio w obrębie silikonowej matrycy. Potwierdzono, że taki implant stymuluje neurony myszy in vitro, podobnie jak robią to elektrody wykorzystywane do głębokiej stymulacji mózgu.
Dr Damian Cummings z University College London, współautor badania, który kierował pracami nad stymulacją mózgu, dodaje:
Wzięliśmy drukowane w 3D elektrody i umieściliśmy je na plastrze tkanki mózgowej myszy, którą utrzymywaliśmy przy życiu in vitro. Korzystając z tego podejścia, mogliśmy wywołać reakcje neuronów, które były podobne do tych obserwowanych in vivo. Łatwo dostosowywane implanty dla szerokiej gamy tkanek oferują zarówno potencjał terapeutyczny, jak i mogą być wykorzystane w wielu dziedzinach badań.
Naukowcy poszli krok dalej i w drugim etapie badań wydrukowali układy scalone bezpośrednio wewnątrz nicieni. W ten sposób udowodniono, że cały proces jest kompatybilny z żywymi organizmami. Osiągnięcie to jest niezwykle ważnym krokiem w stronę ulepszenia implantów biomedycznych. Wykorzystanie technologii druku 3D w medycynie może być jeszcze lepsze, nie tylko jeżeli mowa o używanych materiałach, ale i technikach.
Dr Alexandre Benedetto z Lancaster University podsumowuje:
Zasadniczo wytatuowaliśmy przewodzące łatki na maleńkich robakach, używając inteligentnego tuszu i laserów zamiast igieł. Pokazało nam to, że taka technologia może osiągnąć rozdzielczość, bezpieczeństwo i poziom komfortu wymagany w zastosowaniach medycznych. Chociaż poprawa technologii laserów podczerwonych, formuły inteligentnego atramentu i dostarczania będzie krytyczna dla przełożenia takich podejść do kliniki, to toruje drogę dla bardzo ekscytujących innowacji biomedycznych.
Przeprowadzone badanie to póki co tzw. dowód koncepcji (ang. proof of concept), czyli potwierdzenie hipotezy, że drukowanie układów scalonych bezpośrednio wewnątrz organizmów żywych jest możliwe. Brytyjscy uczeni kontynuują swoją pracę i eksperymentują z różnymi materiałami, które można by wykorzystać i strukturami do wytworzenia. Do pełnego rozwoju tej technologii brakuje jeszcze ok. 10-15 lat, ale eksperci zgodnie przewidują, że kiedyś będzie standardem w medycynie spersonalizowanej.