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Cientistas Impressos em 3D Ouvidos Dentro de Viver Ratos Usando Luz

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A engenharia de tecidos só tenho mais selvagem e mais estranho.

Usando nada além de luz e bioink, os cientistas foram capazes de imprimir diretamente ouvido humano-como a estrutura sob a pele de ratos. A equipe usou uma saudável ouvido como um modelo e impressos em 3D de uma imagem de espelho do que ouvido—camada de tecido por tecido de camada diretamente sobre as costas de um rato.

Tudo sem um único corte cirúrgico.

Se você está pensando que é super assustador, sim…eu estou com você. Como prova de conceito, no entanto, a equipe mostra que é possível construir ou reconstruir as camadas de tecidos, mesmo aqueles tão intrincado como uma orelha, sem a necessidade de implante cirúrgico. Isso significa que ele poderia um dia ser possível corrigir uma orelha, ou outra superfície defeitos do tecido, seja genética ou lesões diretamente no sítio da lesão, basicamente, por acenando com um sofisticado luz da varinha.

A tecnologia, (longo suspiro), digital light processing (DLP)–com base em 3D bioprinting, ganhou toneladas de atenção durante a última década, devido à sua versatilidade. A idéia básica é injetar células contendo bioink em tecido lesionado, então brilhar padrões de luz de forma não invasiva para “ativar” células na bioink. Dependendo do tipo de célula, que pode, em seguida, reparar danificado medula espinhal, fibras nervosas, ou vasos sanguíneos.

Neste estudo, publicado na última semana na A Ciência Avançaa equipe levou a técnica mais um passo. Usando computer-aided design, desenvolvido de várias formas e alimentar os dados em um digital micromirror device—como uma espécie de cruzamento entre um muito chique lente da câmera e uma pequena casa de espelhos.

Em seguida, o dispositivo gera dinamicamente raios infravermelhos, que penetra o tecido e “constrói” a estrutura do tecido vivo. Dentro de 20 segundos, a equipe foi capaz de gerar a forma básica de uma orelha humana em um rato vivo, com o ouvido-como forma de manter a sua estrutura sofisticada para pelo menos um mês.

Os autores disseram que seu trabalho mostra que é possível fazer e não-invasivos de impressão 3D diretamente dentro do corpo, e que pode “abrir uma nova avenida para a médica de impressão 3D e avançar minimamente invasiva ou não invasiva de medicina.”

Cirúrgico Desgraças

Um dos maiores obstáculos em 3D engenharia de tecidos não é a tecnologia. Em vez disso, é a necessidade de cirurgia.

Mais atual bioprinted tecido protótipos são feitos dentro do laboratório, onde os cientistas podem manter mais complexas de controle de como o tecido cresce. Por exemplo, nos pulmões geralmente começam com a doação de um pulmão de amostra, com suas células lavadas com detergente e, em seguida, preenchida com novos doadores de células. Outras abordagens inovadoras têm usado maçãs como andaimes para as orelhas, ou adicionados antibióticos e outros medicamentos diretamente dentro 3D-impresso ossos para ajudar a combater a inflamação.

O problema com estas abordagens, os autores escrevem, é que eles, em última análise, requer cirurgia. O tecido precisa ser colhida, e cirurgicamente inserido no local lesionado, que por sua vez gera mais danos para o implante e os tecidos circunvizinhos. As consequências variam de longa estadia no hospital para repetir cirurgias para a retirada do implante, para não falar de dor.

Estes convencional quedas são, em parte, o porquê de luz-base de tecido de impressão capturado bioengenharia mundo da imaginação. Se certas ondas de luz pode penetrar a pele, por que não usar a luz para activar directamente bioink células para construir a estrutura do tecido de dentro?

Magic Light Wand

Para a luz para construir o tecido, ele precisa preencher dois requisitos difíceis: um, penetrar no tecido. Dois, polimerizam, ou “ativar” a bioink células e de apoio matricial para começar a auto-montagem em estruturas.

“Convencionalmente, ultravioleta ou luz azul é explorado para ajudar bioprinting…[but they have] pobres tecido-capacidade de penetração”, a equipe explicou. Além do mais, a luz ultravioleta também podem causar danos—uma “queimadura” se você vai para o nascente e tecidos circundantes.

Em contraste, luz de infravermelho, ou NIR, pode ativar bioink e brilho profundamente nos tecidos. Uma vez que diferentes padrões espaciais de luz pode ser ajustado para ativar o bioink diferente, tanto dentro de uma camada e entre camadas, a equipe decidiu jogar com a luz disparado bioprinting.

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Eles primeiro projetado um “nanoinitiator,” um nome fantasia para uma substância química que brilha estampados luz em um material de apoio—muitas vezes um hidrogel—cross-link em estruturas sólidas. Eles então usaram um computador para a concepção de várias formas, e enviou os dados para um chip de computador para controlar a projeção de luz. Um punhado de NIR os padrões de luz, em seguida, foram projetadas através de uma lente e em vários tecidos injetado com bioink, que continha o nanoinitiator e as células. A equipe, então, sentou-se e viram seus projetos de vida, literalmente.

Como um primeiro teste, em apenas 15 segundos, eles foram capazes de imprimir uma única camada de shell-como estruturas de fora do corpo. Eles, então, amped a sua ambição, a impressão de uma ampla variedade de formas, com três camadas de bolo, um homem de gengibre (sem brincadeira), uma estrela-do-mar, e um bebê-presidente-como a arquitetura.

No Corpo-A Impressão

Em seguida, eles foram para o grande jogo: bioprinting diretamente dentro do corpo.

É um pouco mais difícil, porque o nível de oxigênio dentro de um organismo vivo, pode inibir a ligação cruzada com efeito, o que significa que a tinta não pode tornar-se sólida estrutura, a equipe explicou.

Mas a equipe bateu em cima de um vencedor receita. Depois de uma semana de bioprinting várias formas até as costas de vida de ratos, eles descobriram que o novo tecido e tecido circundante foram poupados da inflamação e outros defeitos.

Indo um passo adiante, eles de entrada, a imagem de um ser humano saudável ouvido em seu sistema e gerar uma imagem de espelho do que ouvido. Eles, então, injetado bioink contendo condrócitos—um tipo de célula que compõe a estrutura de cartilagem da orelha—na traseira de ratos, e resplandecia de luz NIR, que codifica o “pessoal de ouvido forma” para o bioink. Dentro de meio minuto, a orelha, ganhou sua forma. Dentro de um mês, o impresso orelha, começou a construir as suas próprias estruturas de apoio para continuar a manter a sua forma.

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A Melhor Maneira de Curar?

A construção de novos tecidos não é a única coisa que a tecnologia pode fazer. Em um estudo adicional, a equipe descobriu que a mesma abordagem pode curar graves feridas.

As lesões são muitas vezes causados por trituração ou outro trauma, a equipe explicou. Estudos anteriores descobriram que a gordura derivada de células-tronco pode ajudar a regenerar os tecidos. A equipe imprimiu um andaime que contém estas células em ratos, que sofreu lesão muscular, e resplandecia de luz para ativar o impresso de tecido. No prazo de 10 dias, os ratos “mostrou significativo de encerramento de ferida”, se comparado a um grupo controle, disseram os autores.

Juntando tudo: Esta é a primeira vez que os cientistas foram capazes de regenerar o tecido dentro do corpo, promovendo a cicatrização de feridas, sem qualquer necessidade de cirurgia. Claro, há um longo caminho entre a “construção de uma orelha humana nas costas de um rato” para “regenerar um ferido ouvido”, mas como prova de conceito, o estudo mostra que é possível.

Porque a luz não pode penetrar muito profundamente no corpo, há também a limitação que a tecnologia pode ser usada somente para o nível da superfície do tecido. É também um mistério se os ratos próprios sistemas circulatório vão infiltrar-se no impresso de ouvido, fornecendo nutrientes para a sobrevivência a longo prazo. Por agora, o bioengineered ouvido não pode sentir—se a adição de um sistema nervoso e ligar para o host principal continua sendo um grande desafio.

Mas o futuro parece brilhante. “Sem a cirurgia de implantação, personalizadas de tecido vivo construções foram gerados com êxito no corpo. Este trabalho iria abrir uma nova avenida para a impressão 3D de pesquisa e avançar a medicina não invasiva campo”, concluíram os autores.

Crédito de imagem: Luz-acionado 3D bioprinting, pelo Professor Maling Gou, Estado Chave do Laboratório de Biotherapy e Cancer Center, West Hospital na China, na província de Sichuan, Universidade

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