Самый маленький в мире 3D-биопринтер может восстанавливать голосовые связки
Биоинженеры создали уникальный 3D-биопринтер, способный доставлять лечебные гидрогели прямо на голосовые связки. Диаметр устройства всего 2,7 мм, что делает его самым маленьким биопринтером для внутренних хирургических процедур в мире. Результаты опубликованы в журнале Device.
«Я впервые увидел биопринтер, подходящий для голосовых связок. Обычно биопечать устраняет дефекты кожи снаружи, а работа внутри организма всегда была сложной задачей», — говорит инженер-биомедик Ибрагим Озболат.
После удаления кист или новообразований голосовые связки могут рубцеваться, что затрудняет речь. Инъекции гидрогелей помогают ускорить восстановление, создавая каркас для роста новой ткани, но из-за узкого пространства в горле хирурги сталкиваются с трудностями при точном введении материала. Новый биопринтер позволяет наносить гидрогель прямо на поврежденные участки, повторяя естественную геометрию голосовых складок и предотвращая формирование жестких рубцов.
Инженеры вдохновились хоботом слона
Главная особенность устройства — гибкая «рука», двигающаяся наподобие хобота слона. Инженеры черпали вдохновение именно из природы: хобот сочетает точность и плавность движений, что идеально подходило для миниатюрного биопринтера. Печатающая головка расположена на конце тонкой «руки» и соединена с модулем управления на хирургическом микроскопе. Система позволяет вручную наносить гидрогель толщиной всего 1,2 мм, повторяя форму голосовых складок даже в ограниченном пространстве диаметром 20 мм.
Первый прототип имел диаметр 8 мм, но его уменьшили, чтобы устройство могло проходить через эндоскоп диаметром один сантиметр, используемый для операций.
«Работа над уменьшением размеров заняла большую часть времени», — говорит инженер Свен Гроен.
Тестирование проводилось на искусственных голосовых связках: система «рисовала» спирали, сердца и буквы, а затем проверяли точность доставки гидрогеля, имитирующего ткань человеческих голосовых складок.
Работа и управление
В настоящее время биопринтер управляется вручную через контроллер, что позволяет хирургу точно контролировать каждое движение.
«Часть того, что делает устройство впечатляющим, заключается в том, что оно ведет себя предсказуемо, хотя по сути напоминает садовый шланг», — поясняет соавтор Одри Седал.
В дальнейшем планируется внедрить полуавтономные функции: устройство сможет следовать заранее заданному маршруту печати на основе изображения операционного поля. Это снизит нагрузку на хирурга и повысит точность нанесения гидрогеля.
Гидрогели и их роль
Гидрогель на основе гиалуроновой кислоты имитирует мягкую ткань голосовых связок, поддерживая рост новой ткани и снижая риск рубцевания. Устройство может наносить гидрогель точечно, создавая слои, повторяющие естественные складки голосовых связок. Тонкая регулировка скорости подачи и толщины линии позволяет моделировать микроструктуру тканей, что критически важно для восстановления голосовых функций.
Следующий этап исследований — тестирование гидрогелей на животных для подготовки к клиническим испытаниям на людях. Команда рассматривает возможность использования устройства и в других хирургических областях, где требуется точное управление инструментами в ограниченном пространстве, например, при микрохирургии уха или носоглотки.
Если технология подтвердит свою эффективность, она может открыть новую эру микрохирургии голосовых связок, позволяя восстанавливать поврежденные ткани слой за слоем и возвращать пациентам естественный голос.
