灵活的3 d生物提供生物材料直接进入靶组织

来自悉尼新南威尔士大学的工程师们已经开发出一种微型机器人手臂和灵活柔软,可以用于3 d打印生物材料直接到一个人的体内器官。

3 d生物打印是一个过程,从所谓的生物医学部分装配式bioink构建自然组织如结构。

生物打印主要是用于研究目的,如组织工程和开发新药,通常需要使用大型3 d印刷机生产蜂窝结构在活体。

新南威尔士大学的新研究医疗机器人实验室,由Thanh Nho做博士和他的博士生,梅Thanh泰国,与其他研究人员合作从新南威尔士大学包括Scientia教授奈杰尔•洛弗尔Hoang-Phuong潘博士,副教授伊莲娜Rnjak-Kovacina详细的发表的一篇论文中先进的科学。

他们的工作导致了一个微小的灵活的三维生物,有能力插入身体就像一个内窥镜和直接提供多层生物材料表面上的内部器官和组织。

概念验证设备,称为F3DB,功能高度机动旋转头,“打印”bioink附加的蛇形机器人手臂长,灵活,可以控制所有的外部。

研究小组说,随着进一步的发展,并有可能在五至七年内,医疗专家访问使用的技术可以在体内通过皮肤小切口或偏远地区自然孔。

研究小组测试设备在一个人工结肠,它能够遍历密闭空间前成功3 d打印。

做博士和他的团队测试他们的设备在一个人工结肠,以及3 d打印各种材料不同形状表面的猪的肾脏。

“现有3 d生物打印技术需要在体外和生物材料植入到一个人通常需要大型开放田地开放手术会增加感染的风险,”博士说,一个高级讲师Scientia新南威尔士大学的生物医学工程研究生院(GSBmE)和批基金会健康工程研究所(IHealthE)。

“我们灵活的3 d生物意味着生物材料可以直接交付到目标组织或器官的微创方法。

“这系统提供精确的三维重建的潜在体内创伤,如胃壁受伤或在结肠损伤和疾病。

“我们的原型能够3 d打印多层生物材料不同尺寸和形状的限制和偏远地区,由于其灵活的身体。

“我们的方法还涉及重大局限在现有3 d生物如3 d印刷生物材料表面之间的不匹配和目标组织/器官以及结构损伤在手工处理,转让、和运输过程。”

Scientia教授奈杰尔•洛弗尔的负责人GSBmE IHealthE主任,补充道:“目前,没有商用设备能够进行原位3 d生物打印在内部组织/器官与皮肤表面的距离。其他一些概念验证设备,但是他们更严格,很难在体内复杂和密闭空间使用。”

最小的F3DB原型由新南威尔士大学研究团队也有类似的直径商业治疗性内视镜(约11-13mm),这是小到可以插入到人体胃肠道。

但研究人员说,这可以很容易地扩展为未来医疗使用更小。

柔软的机器人

设备有一个三轴打印头直接安装到软的机械手臂。这个打印头,它由柔软的人造肌肉,使它在三个方向移动,非常类似传统桌面3 d打印机。

柔软的机器人手臂可以弯曲和扭转由于液压和可以编造任何所需的长度。可以仔细调整其刚度使用不同类型的弹性管和面料。

打印喷嘴可以通过编程打印预先确定的形状,或手动操作,需要更多复杂或不确定的生物打印。此外,团队利用一个基于机器学习控制器可以援助印刷过程。

进一步证明该技术的可行性,新南威尔士大学的团队测试细胞生存生活的生物材料印刷后通过他们的系统。

实验表明,细胞没有影响的过程,大多数细胞观察全还活着。细胞继续生长,在接下来的七天时间里,四倍细胞观察一周后打印。

一体化内镜外科手术工具

研究小组还演示了如何F3DB可能被用作一个一体化的内窥镜手术工具来执行一系列的功能。

他们说这可能是在某些癌症切除手术显得尤为重要,特别是结肠直肠癌,通过这一过程称为内镜黏膜下剥离(ESD)。

在世界范围内,结直肠癌是第三个癌症死亡的最常见原因,但早期切除结肠直肠肿瘤导致增加至少90%病人的五年生存率。

F3DB打印头的喷嘴可以用作一种电动手术刀首先马克,然后切掉肿瘤病变。

水同时也可以直接通过喷嘴清洁血液和多余的组织的网站,而更快的治疗可以促进即时3 d打印技术的生物材料直接在机械手臂仍在的地方。

研究小组证明的方式F3DB可用于多种不同的方式如果开发一个一体化的内窥镜手术工具。

的能力进行这样的多功能程序演示了在猪的小肠和研究人员说,结果表明,F3DB是一种很有前途的候选人一个一体化的内窥镜手术工具的未来发展。

“与现有的内窥镜手术工具相比,发达F3DB被设计成一个一体化的内窥镜工具,避免了使用的工具通常过程时间长,感染风险,”梅Thanh泰国说。

下一阶段的开发系统,已经被授予临时专利,在活的有机体内测试现存动物来演示它的实际应用。

研究人员还计划来实现额外的功能,比如一个集成摄像头和实时扫描系统将重建的三维断层移动组织体内。

参考:泰国太表象PT, Tran哈,等。先进的软机器人系统原位为3 d生物打印和内窥镜手术。阿德科学。2月19日在线发表,2023:2205656。doi:10.1002 / advs.202205656

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