VIDEO: Insertirajući 3D printer popravlja tkivo iznutra

Znanstvenici i inženjeri sa Sveučilišta UNSW Sydney razvili su minijaturnu fleksibilnu meku robotsku ruku koja se može koristiti za 3D ispis biomaterijala izravno na organe unutar ljudskog tijela.

3D bioprint je proces u kojem se biomedicinski dijelovi izrađuju od takozvane biotinte za izgradnju prirodnih struktura nalik tkivu.

Biotisak se pretežno koristi u istraživačke svrhe kao što je inženjerstvo tkiva i razvoj novih lijekova te obično zahtijeva upotrebu velikih strojeva za 3D ispis za proizvodnju staničnih struktura izvan živog tijela.

Novo istraživanje Laboratorija za medicinsku robotiku UNSW-a, koje vode dr. Thanh Nho Do i njegov doktorant, Mai Thanh Thai, u suradnji s drugim istraživačima s UNSW-a, detaljno je navedeno u radu objavljenom u časopisu Advanced Science.

Njihov rad rezultirao je malenim fleksibilnim 3D bioprinterom koji ima mogućnost umetanja u tijelo baš poput endoskopa i izravnog isporučivanja višeslojnih biomaterijala na površinu unutarnjih organa i tkiva.

Uređaj za provjeru koncepta, poznat kao F3DB, ima okretnu glavu koja je vrlo pokretljiva i koja ispisuje biotintu, pričvršćenu na kraj dugačke i fleksibilne robotske ruke nalik zmiji, a sve se može kontrolirati izvana, kao što možete vidjeti u ovom videu. 

Istraživački tim kaže da bi s daljnjim razvojem, a potencijalno u roku od pet do sedam godina, tehnologiju mogli koristiti medicinski stručnjaci za pristup teško dostupnim područjima unutar tijela putem malih rezova na koži ili prirodnih otvora.

Istraživački tim testirao je uređaj unutar umjetnog debelog crijeva gdje je mogao proći kroz zatvorene prostore prije uspješnog 3D ispisa.

Najmanji prototip F3DB-a koji je proizveo tim s UNSW-a ima promjer sličan komercijalnim terapeutskim endoskopima (otprilike 11-13 mm), što je dovoljno maleno da se može umetnuti u ljudski gastrointestinalni trakt, no istraživači kažu da bi se lako mogao još smanjiti za buduću medicinsku upotrebu.

Uređaj ima glavu za ispis s tri osi koja je izravno postavljena na vrh mekane robotske ruke. Ova ispisna glava, koja se sastoji od mekanih umjetnih mišića koji joj omogućuju kretanje u tri smjera, radi vrlo slično uobičajenim stolnim 3D printerima.

Mekana robotska ruka može se savijati i uvijati zahvaljujući hidraulici, a njezina krutost može se fino podesiti pomoću različitih vrsta elastičnih cijevi i tkanina.

Ispisna mlaznica može se programirati za ispis unaprijed određenih oblika ili s njom možete upravljati ručno ako je potreban složeniji bioispis. Osim toga, tim je koristio kontroler temeljen na strojnom učenju koji može pomoći u procesu ispisa.

Kako bi dodatno pokazao izvedivost tehnologije, tim UNSW-a testirao je održivost stanica živog biomaterijala nakon što je ispisan putem njihovog sustava.

Eksperimenti su pokazali da proces nije utjecao na stanice, s tim da je većina stanica nakon tiskanja bila živa. Stanice su zatim nastavile rasti sljedećih sedam dana, s četiri puta više stanica promatranih tjedan dana nakon ispisa.

Istraživački tim također je pokazao kako bi se F3DB potencijalno mogao koristiti kao sveobuhvatni endoskopski kirurški alat za obavljanje niza funkcija.

Kažu da bi to moglo biti osobito važno u kirurgiji uklanjanja određenih vrsta raka, posebice kolorektalnog raka, putem procesa poznatog kao endoskopska submukozna disekcija (ESD).

Sposobnost provođenja takvih višenamjenskih postupaka demonstrirana je na svinjskim crijevima i istraživači kažu da rezultati pokazuju da je F3DB obećavajući kandidat za budući razvoj sveobuhvatnog endoskopskog kirurškog alata.