Pesquisadores liderados por uma equipe do Instituto de Tecnologia da Califórnia desenvolveram uma técnica de impressão 3D guiada por ultrassom que poderia possibilitar fabricar implantes médicos in vivo e fornecer terapias personalizadas para tecidos profundos dentro do corpo-tudo sem cirurgia invasiva. Os pesquisadores dizem que a plataforma de impressão sonora profunda guiada por imagem in vivo (DISP) utiliza lipossomos sensíveis à baixa temperatura (LTSLs) como transportadores para agentes de reticulação, permitindo a fabricação precisa, controlada na fabricação de biomateriais dentro de tecidos profundos.
Relatando sobre seu desenvolvimento em Ciência (“Tecido profundo guiado por imagem in vivo impressão de som”), O primeiro autor Elaham Davoodi, PhD e Sênior, autor correspondente Wei Gao, PhD, descreveram estudos de prova de conceitos demonstrando impressão in vivo dentro das bexigas e músculos dos ratos e coelhos, respectivamente. Os biomateriais condutores, carregados de células e bioadesivos carregados de drogas, carregados de medicamentos demonstram sua versatilidade para diversas aplicações biomédicas. ”
As tecnologias tridimensionais de bioprinting (3D) oferecem promessa significativa à medicina moderna, permitindo a criação de implantes personalizados, dispositivos médicos intrincados e tecidos projetados, adaptados a pacientes individuais, escreveram os autores. “No entanto, a implantação dessas construções geralmente requer cirurgias invasivas, limitando sua utilidade para tratamentos minimamente invasivos”.
Embora a bioprintismo in vivo-tecido de “impressão 3D” diretamente dentro do corpo-oferece uma alternativa menos invasiva, ele foi limitado por desafios como profundidade de penetração de tecidos fracos, uma faixa estreita de bioinks biocompatíveis e a necessidade de sistemas de impressão que operam em alta resolução com controle preciso e em tempo real. “Embora a luz do infravermelho próximo (NIR) tenha sido explorado como uma fonte de energia do BioSafe para impressão in vivo, suas aplicações permanecem restritas a tecidos subcutâneos devido à penetração de luz limitada”, continuou a equipe.
Para abordar essas barreiras, Davoodi e colegas desenvolveram uma nova plataforma guiada por imagem, Disp guiado por imagens, que usa bioinks focados de ultrassom e ultrassom responsivos para fabricar com precisão biomateriais diretamente dentro do corpo. Esses bioinks, ou nós, combinam biopolímeros, agentes de contraste de imagem e lipossomos sensíveis à temperatura que transportam agentes de reticulação e podem ser entregues nos locais de tecido alvo profundamente dentro do corpo por meio de injeção ou cateter. “Os EUA são compostos de biopolímeros, LTSLs encapsulados contra agentes que regulam o agente e os GVs que atuam como agentes de contraste de imagem por ultrassom”, explicou a equipe ainda mais. “Esses bioinks são entregues nos locais de destino por meio de injeção ou cateteres e estão localizados usando uma configuração de imagem por ultrassom integrada em uma plataforma de impressão 3D”.
Um transdutor de ultrassom focado (FUS), guiado pelo posicionamento automatizado e um plano digital predefinido, desencadeia um aquecimento localizado de baixa temperatura (ligeiramente acima da temperatura corporal) que libera o reticulador, iniciando a formação de gel imediatamente in situ. “O aquecimento localizado induzido pelo FUS desencadeia a liberação de agente de reticulação dos LTSLs, permitindo uma reticulação in situ imediata da ligação dos EUA.” Os bioinks e seus géis resultantes podem ser adaptados para várias funções, incluindo condutividade, administração de medicamentos localizados e adesão tecidual, além de recursos de imagem em tempo real.
Davoodi e colegas validaram a tecnologia DISP ao imprimir com sucesso biomateriais carregados de medicamentos e funcionais perto de locais cancerígenos em uma bexiga de rato e também profundamente dentro do tecido muscular de coelho, demonstrando possíveis aplicações para administração de medicamentos, regeneração tecidual e bioeletrônica. “Validamos o DISP ao imprimir com sucesso áreas quase doentes na bexiga de mouse e profundamente dentro dos músculos das pernas do coelho in vivo, demonstrando seu potencial para a administração de medicamentos localizados e a substituição de tecidos”, afirmou a equipe.
Outros testes de biocompatibilidade não revelaram sinais de dano ou inflamação do tecido, e o corpo limpou a tinta americana não polimerizada dentro de uma semana, ilustrando a segurança da plataforma. “A tecnologia DISP oferece uma plataforma versátil para imprimir uma ampla gama de biomateriais funcionais, desbloqueando aplicações em bioeletrônica, administração de medicamentos, engenharia de tecidos, vedação de feridas e além”, afirmou a equipe. “Ao ativar o controle preciso sobre as propriedades do material e a resolução espacial, o DISP é ideal para criar estruturas e padrões funcionais diretamente nos tecidos vivos”.
Em um relacionado perspectivaXiao Kuang, PhD, na Universidade de Wisconsin-Madison, escreveu: “Embora Davoodi et al. Impressão 3D avançada de ultrassom em direção à tradução clínica, são necessários refinamentos adicionais para implementar a tecnologia para uso clínico … uma relação detalhada entre as condições do processo, a estrutura do material impresso e as propriedades resultantes devem ser elucidadas por meio de testes cuidadosos. ”