Φανταστείτε μια ιατρική διαδικασία όπου οι κατεστραμμένοι ιστοί δεν χρειάζονται εμφύτευση ή μεταμόσχευση, αλλά επισκευάζονται απευθείας μέσα στο σώμα, εκεί όπου βρίσκονται. Αυτή είναι η ιδέα πίσω από μια νέα τεχνολογία από το University of Stuttgart, όπου οι ερευνητές ανέπτυξαν έναν 3D μικρο-εκτυπωτή που λειτουργεί ενδοσκοπικά, τυπώνοντας βιοϋλικά με μικρομετρική ακρίβεια χάρη σε μια μικροσκοπική οπτική ίνα.
Το πρόβλημα που προσπαθεί να λύσει η ομάδα είναι παλιό αλλά ουσιαστικό: η παραδοσιακή βιοεκτύπωση μπορεί να δημιουργεί ιστούς, χόνδρους ή μυϊκές δομές στο εργαστήριο, αλλά η μεταφορά και ενσωμάτωσή τους στο ανθρώπινο σώμα παραμένει δύσκολη, συχνά επεμβατική και όχι πάντα αποτελεσματική. Η λύση; Αντί να «μεταφέρουμε» το τελικό προϊόν, να μεταφέρουμε το εργαλείο παραγωγής του και να εκτυπώνουμε απευθείας μέσα στο σώμα, ακριβώς εκεί που υπάρχει ανάγκη.
Επικεφαλής του φιλόδοξου εγχειρήματος είναι η Andrea Toulouse, ερευνήτρια μικροοπτικής και εκτύπωσης πάνω σε ίνες στο Institute of Applied Optics. Με τη στήριξη 2 εκατομμυρίων δολαρίων από το Carl Zeiss Foundation μέσω του προγράμματος CZS Nexus, η ομάδα της δημιουργεί το 3D Endoscopic Microfabrication (3DEndoFab) — ένα νέο εργαστήριο αφιερωμένο στην ανάπτυξη υψηλής ανάλυσης ενδοσκοπικής πρόσθετης εκτύπωσης.
Η βασική ιδέα του project είναι η σύζευξη φωτονικής, βιοτεχνολογίας και μικρομηχανικής ακριβείας σε μια ενιαία πλατφόρμα. Το αποτέλεσμα: ένα εργαλείο που λειτουργεί όπως ένα κοινό ενδοσκόπιο, αλλά με τη δυνατότητα να «γράφει» βιολογικές δομές μέσα στον οργανισμό, χρησιμοποιώντας φως αντί για υλικό.
Στην καρδιά του συστήματος βρίσκεται μια οπτική ίνα λεπτότερη από τη μύτη ενός μολυβιού. Μέσα από αυτήν ταξιδεύουν παλμοί laser, οι οποίοι κατευθύνονται σε μια νανο-οπτική διάταξη τυπωμένη απευθείας στην άκρη της ίνας. Ο φακός, μικρότερος από έναν κόκκο αλατιού, εστιάζει το φως με τέτοιο τρόπο ώστε να πολυμερίζει σταδιακά τα βιομελάνια, δηλαδή ουσίες που περιέχουν βιοσυμβατά πολυμερή ή ακόμα και ζωντανά κύτταρα. Με αυτόν τον τρόπο δημιουργούνται μικροσκοπικές τρισδιάστατες δομές, «σκελετοί» ιστών ή πλέγματα αγγείων, με ακρίβεια επιπέδου κυττάρου.
Η προσέγγιση δεν προέκυψε από το μηδέν. Το προηγούμενο project της ομάδας, το EndoPrint3D, είχε ήδη αποδείξει ότι είναι εφικτή η εκτύπωση μέσω οπτικών ινών, χρησιμοποιώντας υπερσύντομους παλμούς laser διάρκειας femtoseconds. Το 3DEndoFab προχωρά το βήμα παραπέρα, στοχεύοντας σε ανάλυση λίγων μικρομέτρων και στην αξιοποίηση βιοδιασπώμενων υλικών που μπορούν να αλληλεπιδρούν φυσικά με τον ανθρώπινο ιστό. Για αυτόν τον λόγο, η Toulouse συνεργάζεται με τον Michael Heymann του Institute of Biomaterials and Biomolecular Systems, ώστε να αναπτυχθούν εξατομικευμένα βιομελάνια, σχεδιασμένα να αποδομούνται με το χρόνο και να υποστηρίζουν τη φυσική διαδικασία επούλωσης.
Η ομάδα θα ενταχθεί στο ερευνητικό δίκτυο Bionic Intelligence Tübingen Stuttgart (BITS), το οποίο λειτουργεί υπό την ομπρέλα του Cyber Valley, ενός κόμβου όπου συναντώνται η ρομποτική, η βιομηχανική τεχνητή νοημοσύνη και η βιοϊατρική. Οι επιστήμονες ερευνούν ερωτήματα που μέχρι πρότινος ανήκαν στη σφαίρα της επιστημονικής φαντασίας: μπορούν μικροσκοπικές δομές με συγκεκριμένες γεωμετρίες να «καθοδηγήσουν» την αναγέννηση ιστών; Και αν ναι, μπορεί στη συνέχεια το ίδιο το σώμα να αναλάβει τη διαδικασία, χωρίς περαιτέρω ανθρώπινη παρέμβαση;
Η ενδοσκοπική προσέγγιση στοχεύει να γεφυρώσει δύο βασικά κενά: το μέγεθος και την ακρίβεια. Οι σημερινοί βιοϊατρικοί εκτυπωτές είναι ογκώδεις εργαστηριακές συσκευές, ενώ η μεταφορά του τυπωμένου υλικού στο σημείο του τραυματισμού απαιτεί επεμβάσεις και αυξάνει τον κίνδυνο απόρριψης. Με το νέο σύστημα, η εκτύπωση γίνεται επιτόπου μέσα από μια ελάχιστα επεμβατική διαδικασία.
Αν οι πρώτες δοκιμές επιβεβαιώσουν τις προσδοκίες, το μέλλον των βιοϊατρικών επεμβάσεων μπορεί να αλλάξει ριζικά. Οι χειρουργοί θα μπορούσαν, μέσω ενός λεπτού ενδοσκοπίου, να «εκτυπώνουν» μικροδομές πάνω σε κατεστραμμένους ιστούς, οι οποίες θα λειτουργούν ως προσωρινά στηρίγματα για κύτταρα και αιμοφόρα αγγεία. Οι επεμβάσεις θα γίνονται ταχύτερες, με μικρότερο τραύμα και συντομότερο χρόνο αποκατάστασης.
Η έρευνα βρίσκεται ακόμη σε πρώιμο στάδιο, αλλά το μέγεθος της καινοτομίας είναι τέτοιο που ήδη προσελκύει το ενδιαφέρον της διεθνούς επιστημονικής κοινότητας.
[source]
