Был разработан новый метод медицинской 3D-печати, который берет свое начало в том, как клубки червей взаимодействуют в природе. Полученный в результате материал может залатать протекающие части сердца или стабилизировать межпозвоночные диски, среди прочего.
При разработке материалов, которые можно имплантировать в наши тела, ученые уже некоторое время рассматривают возможность использования гидрогелей. Использование гелей, богатых водой, изучалось как способ лечения травм мозга и хронических ран, как замена хряща, которая работает лучше, чем настоящий материал, и как способ остановки кровотечения из ран, полученных в бою. Но, несмотря на свой резиновый состав, гели могут распадаться при нанесении на энергичные органы, такие как сердце, или использоваться для смягчения сил между костями. Они также могут быть довольно жесткими.
«Представьте, что к вашему сердцу приклеили жесткий пластик», — сказал Джейсон Бердик, профессор химической и биологической инженерии в Институте BioFrontiers Университета Колорадо в Боулдере (CU Boulder). «Он не деформировался бы при биении вашего сердца. Он бы просто сломался».
Стремясь разработать лучший медицинский гидрогель, Бердик и его коллеги обратились к червям. В частности, они изучили, как группы червей запутываются в клубки, которые имитируют свойства как твердых тел, так и жидкостей, а затем распутываются. Затем они применили эту модель к молекулярной инженерии и создали материал, молекулы которого расположены так же, как черви в клубке — модель, известная как запутывание.
Один из исследователей демонстрирует что новый гидрогель может впечатляюще растягиваться, не разрушаясь. Университет Колорадо в Боулдере
Затем они создали новый метод 3D-печати под названием CLEAR (непрерывное отверждение после воздействия света с помощью окислительно-восстановительного инициирования) для производства материалов с использованием запутанных молекул. Результатом является сетчатое вещество, которое является сверхпрочным, но гибким, во многом похожим на более прочные ткани в наших телах. Новое вещество также хорошо прилипает как к человеческим тканям, так и к органам, что делает его очень привлекательным материалом для медицинского использования. Его можно, например, поместить на орган для проведения ремонта или доставки лекарств, использовать в качестве безыгольных швов или с его помощью можно ограничивать выпячивание дисков в позвоночнике.
«Теперь мы можем печатать на 3D-принтере клеевые материалы, которые достаточно прочны, чтобы механически поддерживать ткань», — сказал соавтор Мэтт Дэвидсон. «Раньше мы никогда не могли этого сделать».
Поскольку материал напечатан на 3D-принтере, его также можно адаптировать под нужды любого конкретного пациента. Исследователи уже подали заявку на патент на материал и планируют будущую работу, чтобы увидеть, как человеческие ткани реагируют на его присутствие. Команда также говорит, что новая технология 3D-печати может иметь применение за пределами медицины.
«Это простой метод 3D-обработки, который люди в конечном итоге могли бы использовать в своих собственных академических лабораториях, а также в промышленности для улучшения механических свойств материалов для широкого спектра применений», — сказал первый автор Абишек Дханд. «Он решает большую проблему для 3D-печати».
Прорыв был опубликован в журнале Science. Подробнее об этом можно узнать в видео CU Boulder ниже.
Индивидуальные имплантаты и сердечные заплаты по запросу? 3D-печать делает это возможным
