Повреждения мягких тканей желудочно-кишечного тракта, такие как язвы или кровоизлияния, в настоящее время можно лечить только хирургическим путем, что является инвазивной процедурой и не всегда приводит к окончательному выздоровлению. Биопечать становится эффективным методом лечения, при котором биосовместимые «чернила» — часто на основе натуральных полимеров, полученных из морских водорослей, — наносятся непосредственно на поврежденный участок ткани, создавая основу для роста новых клеток. Но, как и традиционные хирургические инструменты, такие биопринтеры, как правило, громоздкие и требуют анестезии.
В то же время разрабатываются «автономные» технологии, позволяющие проводить медицинские вмешательства без физического подключения к внешнему оборудованию. Например, «умные капсулы», которые можно принимать внутрь, могут доставляться к месту введения препарата с помощью внешних магнитов. Но эти устройства предназначены для перемещения в жидкостях, и их движение становится непредсказуемым, когда они касаются стенки ткани.
Биопечать требует контакта с тканью. Команда из Лаборатории передовых технологий производства Инженерной школы Лозанны создала MEDS (Magnetic Endoluminal Deposition System) — первый биопринтер, который можно ввести в организм и направить к очагу заболевания для печати тканей внутри тела. Эта технология, статья о которой была опубликована в Advanced Science, открывает возможности для нового метода неинвазивного медицинского вмешательства.
«Объединив принципы in-situ биопринтеров с концепцией высвобождения лекарств из смарт-капсул, мы можем создать новый класс устройств: биопринтер размером с таблетку, который можно проглотить», — говорит руководитель лаборатории Вивек Субраманиан.
MEDS по форме напоминает шариковую ручку с пружинным наконечником, из которого вытекают чернила, — только это устройство намного меньше, а «чернила» представляют собой живой биогель. MEDS размером с таблетку содержит крошечную камеру с биочернилами и пружинно-плунжерный механизм, который выталкивает материал. Поскольку в устройстве нет встроенной электроники, активация происходит с помощью внешнего лазерного луча ближнего инфракрасного диапазона, который безопасно проникает в ткани организма. Когда биочернила выходят наружу, капсула точно направляется внешним магнитом, установленным на роботизированной руке, подобно джойстику.
В экспериментах команда EPFL использовала биопринтер для восстановления искусственных язв различных размеров на имитированной ткани желудка и для герметизации имитированного кровотечения. В экспериментах in vivo, проведенных в центре исследований на животных в США, ученые успешно использовали свое устройство для нанесения биочернил в желудочный тракт кроликов. В экспериментах команда отслеживала движения капсулы с помощью рентгеновской флюороскопии, демонстрируя потенциал устройства, которое можно извлекать перорально с помощью магнитного наведения, для минимально инвазивного восстановления.
Биочернила не только защищают язвы от воздействия желудочного сока, но и могут сочетаться с лекарственными препаратами или клетками для ускорения восстановления тканей.
«В ходе лабораторных экспериментов биочернила с клетками сохраняли структурную целостность более 16 дней, что говорит об их потенциале в качестве «микробиореактора», который может выделять факторы роста и привлекать новые клетки для заживления ран», — заключил аспирант Санджай Манохаран. Далее ученые планируют расширить возможности этого метода для работы с кровеносными сосудами и тканями брюшной стенки.
[Фото: 2025 LAFT EPFL CC BY SA / Vivek Subramanian]