Revolúcia v liečbe rakoviny: Ultrazvuková 3D tlač priamo v tele prináša nádej bez operácie

Vedci z americkej Kalifornskej technologickej univerzity (Caltech) vytvorili prelomovú metódu. Dokážu pomocou ultrazvuku tlačiť 3D materiály priamo v živom organizme. Lekári môžu vytvoriť lieky alebo opraviť poškodené tkanivo priamo v tele. Nepotrebujú pritom žiadnu operáciu.

Táto technológia, ktorú označujú ako DISP (Deep tissue In vivo Sound Printing – 3D tlač v hlbokých tkanivách pomocou zvuku), otvára dvere úplne novému spôsobu liečby. Výskumníci ju už úspešne otestovali na myšiach a králikoch. Výsledky sú veľmi sľubné. Môže dramaticky zmeniť spôsob, akým liečime rakovinu, opravujeme poškodené orgány či monitorujeme zdravotný stav pacientov.

Informuje o tom web Science Alert a štúdia uverejnená na Science. 

Princíp fungovania 3D tlače v živom tele

Celý proces začína špeciálnym atramentom – biološkou zmesou nazývanou bioatrament. Táto zmes obsahuje polymerové reťazce a spojovače, ktoré dokážu spojiť tieto reťazce do pevnej štruktúry podobnej gélu – hydrogélu. Spojovače však uzamkli vedci v mikroskopických bublinách zvaných lipozómy.

Tieto bublinky majú zvláštnu vlastnosť. Ich steny sa rozpúšťajú, keď sa zahrejú na teplotu 41,7 stupňa Celzia. To je iba o pár stupňov viac ako teplota tvojho tela. Tu prichádza do hry ultrazvuk. Vedci nasmerujú fokusovaný ultrazvukový lúč do konkrétneho miesta v tele. Zahrejú tam tieto bublinky, oslobodia spojovače a vznikne pevný hydrogél presne tam, kde ho potrebujú.

Wei Gao, biomedicínsky inžinier z Caltechu, vysvetľuje, prečo zvolili práve ultrazvuk: „Prenikanie infračerveného svetla je veľmi obmedzené. Dosahuje len tesne pod kožu. Naša nová technika dosahuje hlboké tkanivá. Dokáže tlačiť rôzne materiály pre široké spektrum aplikácií. Pritom zachováva vynikajúcu biokompatibilitu.“

Presná kontrola v hĺbke tela

Vedci dokázali pomocou presne riadeného ultrazvukového lúča vytlačiť zložité tvary ako hviezdy či slzy. Každý tvar má svoj účel. V králikoch napríklad vytlačili kusy umelého tkaniva v hĺbke až 4 centimetre pod kožou. To môže výrazne urýchliť hojenie rán a zranení, obzvlášť ak do bioatramentu pred tlačou pridajú živé bunky.

Kontrola nad celým procesom je kľúčová. Vedci používajú drobné plynové vezikuly ako kontrastné látky. Tie im umožňujú sledovať, či systém funguje správne. Tieto vezikuly menia svoju kontrastnosť, keď ich vystavia chemickým reakciám zo spojovačov polymérov. Ultrazvuk tieto signály zachytí a potvrdí, že reakcia prebehla úspešne.

Revolúcia v liečbe rakoviny

Jedno z najsľubnejších využití tejto technológie je liečba rakoviny. Pri testoch na 3D kultúrach buniek rakoviny močového mechúra použili výskumníci verziu bioatramentu nabitú chemoterapeutickým liekom doxorubicínom. Pomocou metódy DISP ho skonvertovali na hydrogél, ktorý postupne uvoľňoval liek počas niekoľkých dní.

Výsledky pôsobivo ukázali efektivitu. Takto dodaný liek zabil výrazne viac rakovinových buniek ako pri bežnom injekčnom podaní. To znamená, že pacienti môžu dostávať presne dávkovanú liečbu priamo do nádoru. Minimalizujú sa tak vedľajšie účinky na zdravé tkanivá.

Možnosti tejto technológie sú ešte širšie. Vedci dokážu do bioatramentu pridať rôzne ďalšie ingrediencie, ktoré mu dajú nové vlastnosti. Vytvorili napríklad vodivý bioatrament pomocou uhlíkových nanorúrok a strieborných nanodrôtov. Ten sa dá použiť na vytváranie implantovateľných senzorov na meranie teploty alebo elektrických signálov zo srdca či svalov.

Bezpečnosť a budúce možnosti

Výskumníci nezistili žiadnu toxicitu hydrogélu. Navyše, zvyšky tekutého bioatramentu sa z tela prirodzene vyplavia do siedmich dní. To robí túto metódu nielen účinnou, ale aj bezpečnou.

Cesta od testov na zvieratách k použitiu u ľudí je ešte dlhá a náročná. Súčasné výsledky sú však veľmi povzbudzujúce. Gao už plánuje ďalšie kroky: „Naša ďalšia etapa je pokúsiť sa tlačiť vo väčšom zvieracom modeli. Dúfajme, že v blízkej budúcnosti budeme môcť toto vyhodnotiť u ľudí.“

Vízia vedcov siaha ešte ďalej. „V budúcnosti, s pomocou umelej inteligencie, chceme byť schopní autonómne spúšťať vysoko presné tlačenie v pohybujúcom sa orgáne, ako je bijúce srdce,“ dodáva Gao.

Táto technológia môže zmeniť spôsob, akým pristupujeme k medicíne. Namiesto invazívnych operácií môžu lekári jednoducho vpichnúť bioatrament a pomocou ultrazvuku vytvoriť potrebnú štruktúru presne tam, kde ju pacienti najviac potrebujú. Je to ešte jeden dôkaz toho, že hranice medzi sci-fi a realitou sa neustále posúvajú. To, čo sa včera zdalo nemožné, sa dnes stáva súčasťou našej budúcnosti.

Čítaj viac z kategórie: Zaujímavosti