Eine neue ultraschallgesteuerte 3D-Drucktechnik könnte die Herstellung medizinischer Implantate in vivo und die Verabreichung maßgeschneiderter Therapien an Gewebe tief im Körper ermöglichen – und das ganz ohne invasive Chirurgie, berichten Forscher. 3D-Bioprinting-Technologien bieten vielversprechende Möglichkeiten für die moderne Medizin, da sie die Herstellung maßgeschneiderter Implantate, komplexer medizinischer Geräte und künstlicher Gewebe ermöglichen, die individuell auf den Patienten zugeschnitten sind.
Die meisten aktuellen Ansätze erfordern jedoch eine invasive chirurgische Implantation. Obwohl In-vivo- Bioprinting – der 3D-Druck von Gewebe direkt im Körper – eine weniger invasive Alternative darstellt, ist es bisher durch Herausforderungen wie geringe Gewebeeindringtiefe, eine begrenzte Auswahl an biokompatiblen Biotinten und den Bedarf an Drucksystemen mit hoher Auflösung und präziser Echtzeitsteuerung eingeschränkt. Um diese Hindernisse zu überwinden, entwickelten Elham Davoodi und Kollegen eine neuartige bildgesteuerte Plattform namens Imaging-Guided Deep Tissue In Vivo Sound Printing (DISP).
Diese nutzt fokussierten Ultraschall und ultraschallempfindliche Biotinten zur präzisen Herstellung von Biomaterialien direkt im Körper. Diese Biotinten, auch US-Tinten genannt, kombinieren Biopolymere, bildgebende Kontrastmittel und temperaturempfindliche Liposomen mit Vernetzungsmitteln und können per Injektion oder Katheter gezielt tief im Körpergewebe injiziert werden. Ein fokussierter Ultraschallwandler, gesteuert durch automatisierte Positionierung und einen vordefinierten digitalen Bauplan, löst eine lokale Niedertemperaturerwärmung (knapp über der Körpertemperatur) aus, die den Vernetzer freisetzt und die sofortige Gelbildung in situ einleitet. Darüber hinaus können die Biotinten und die daraus resultierenden Gele für verschiedene Funktionen maßgeschneidert werden, darunter Leitfähigkeit, lokalisierte Medikamentenverabreichung und Gewebeadhäsion sowie Echtzeit-Bildgebung.
Davoodi et al. validierten DISP, indem sie erfolgreich wirkstoffbeladene und funktionelle Biomaterialien in der Nähe von Krebsherden in der Mausblase und tief im Muskelgewebe von Kaninchen druckten und damit potenzielle Anwendungen für die Medikamentenverabreichung, Geweberegeneration und Bioelektronik demonstrierten. Weitere Biokompatibilitätstests zeigten keine Anzeichen von Gewebeschäden oder Entzündungen, und der Körper reinigte nicht polymerisierte US-Tinte innerhalb einer Woche, was die Sicherheit der Plattform verdeutlicht. „Obwohl Davoodi et al . den Ultraschall-3D-Druck für die klinische Anwendung weiterentwickelt haben, sind weitere Verbesserungen erforderlich, um die Technologie für den klinischen Einsatz zu implementieren“, schreibt Xiao Kuang in einer verwandten Perspektive. „Der detaillierte Zusammenhang zwischen den Prozessbedingungen, der Struktur des gedruckten Materials und den resultierenden Eigenschaften muss durch sorgfältige Tests geklärt werden.“
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