A gyomor-bélrendszer puha szöveteinek sérülései, mint például a fekélyek vagy vérzések, jelenleg csak invazív sebészeti beavatkozásokkal kezelhetők. Ezek a műtétek azonban nem mindig biztosítanak tartós megoldást, és jelentős megterhelést jelentenek a beteg számára. Az orvostudomány legújabb fejlesztései között egyre nagyobb figyelmet kap a bioprinting, amely lehetővé teszi, hogy biokompatibilis „tintát” – gyakran tengeri algákból származó természetes polimereket – közvetlenül a sérült szövetre helyezzenek, így elősegítve az új sejtek növekedését és a szövet regenerációját.
A bioprinting jelenlegi korlátai és az „untethered” technológiák fejlődése
Hagyományosan a bioprinterek nagy méretűek és működésükhöz altatás szükséges, ami korlátozza alkalmazhatóságukat. Ezzel párhuzamosan fejlődnek az úgynevezett „untethered”, vagyis külső fizikai kapcsolattól mentes orvosi eszközök is. Ilyen például az ingerálható okos kapszula, amely mágneses mező segítségével irányítható a gyógyszer célhelyére. Ezek az eszközök azonban folyadékokban mozognak jól, míg a szövetfalhoz érve mozgásuk kiszámíthatatlanná válik.
E két technológia ötvözésével egy új eszközosztály képzelhető el: egy tabletta méretű, lenyelhető bioprinter, amely képes közvetlenül a sérült területen szövetet nyomtatni.
MEDS: az első lenyelhető bioprinter
Az EPFL (École Polytechnique Fédérale de Lausanne) Műszaki Karának Laboratory for Advanced Fabrication Technologies kutatócsoportja kifejlesztette a MEDS-t (Magnetic Endoluminal Deposition System), az első olyan lenyelhető bioprintert, amely mágneses irányítással eljuttatható a betegségek helyére, és képes testben történő szövetnyomtatásra. A technológiáról részletes tanulmány jelent meg az Advanced Science folyóiratban, amely új távlatokat nyit a nem invazív orvosi beavatkozások terén.
Vivek Subramanian, a labor vezetője így fogalmazott: „Az in-situ bioprinterek elveinek és az okos kapszulák gyógyszerleadási koncepcióinak kombinálásával egy teljesen új eszközosztályt képzelhetünk el: egy tabletta méretű, lenyelhető bioprintert.”
A MEDS működési elve és felépítése
A MEDS egy golyóstollhoz hasonló szerkezetű eszköz, amelynek végén egy rugós mechanizmus található, ami „tintát” – ebben az esetben élő bio-gélt – juttat ki. A készülék mérete nagyjából egy tablettáéval egyezik meg. Egy apró kamrában tárolja a bio-tintát, melyet egy rugós dugattyú présel ki. Fontos megjegyezni, hogy az eszköz nem tartalmaz fedélzeti elektronikát; az anyagleadást egy külső, testet biztonságosan áthatoló közeli infravörös lézer kapcsolja be.
A bio-tinta kijutása közben a kapszulát egy robotkarra szerelt külső mágnes segítségével precízen irányítják – hasonlóan egy joystick kezeléséhez –, így pontosan eljuttatható a sérült területre.
Kísérleti eredmények és alkalmazási lehetőségek
A kutatócsoport különböző méretű mesterséges fekélyeket javított meg szimulált gyomorszöveteken, sőt még szimulált vérzést is sikeresen lezártak ezzel az eszközzel. Az Egyesült Államokban akkreditált állatkísérleti laboratóriumban végzett in-vivo kísérletek során pedig nyúl gyomorrendszerében is sikeresen alkalmazták a MEDS-t bio-tinta leadására.
Ezekben az élő állatokon végzett kísérletekben röntgen-fluoroszkópia segítségével követték nyomon a kapszula mozgását, bizonyítva ezzel az eszköz precíz irányíthatóságát és minimálisan invazív javító képességét. A kapszula mágneses vezérléssel akár orálisan is eltávolítható.
A bio-tinta további előnyei és jövőbeli fejlesztések
A kutatók hangsúlyozzák, hogy a bio-tinta nemcsak mechanikusan védi meg a fekélyeket a gyomorsavaktól, hanem gyógyszerekkel vagy sejttenyészetekkel kombinálva tovább fokozhatja a szövet regenerációját.
„Laboratóriumi körülmények között sejteket tartalmazó bio-tintánk több mint 16 napig megőrizte szerkezeti integritását, ami arra utal, hogy mikro-bi reaktor szerepet tölthet be: növekedési faktorokat bocsáthat ki és új sejteket vonzhat be a sebgyógyulás támogatására.” – mondta Sanjay Manoharan PhD-hallgató.
Bár ezek az eredmények ígéretesek, további in-vivo vizsgálatok szükségesek annak igazolására, hogy az eljárás klinikai környezetben is hatékonyan alkalmazható lesz.
A kutatócsoport tervei között szerepel a MEDS képességeinek bővítése olyan területekre is, mint az erek vagy a hasfal (peritoneum) szövetei.
Összegzés
A lenyelhető bioprinter technológia forradalmasíthatja a gyomor-bélrendszeri puha szöveti sérülések kezelését. A MEDS eszköz minimálisan invazív módon képes közvetlenül a sérült területre juttatni élő bio-gélt, elősegítve ezzel a gyorsabb és hatékonyabb regenerációt. Az EPFL kutatóinak fejlesztése új lehetőségeket nyit meg mind az orvosi beavatkozások biztonságossága, mind pedig azok hatékonysága terén.
Ez az innováció nem csupán technológiai áttörés, hanem remény is azok számára, akiknek jelenleg csak kockázatos műtéti megoldások állnak rendelkezésre.