Żywy tatuaż – drukowane przestrzennie biostruktury diagnostyczne

Nieinwazyjne metody monitorowania stanu zdrowia i czynności życiowych pacjentów w ciągu kilku ostatnich lat stały się jednym z najpopularniejszych trendów łączących zagadnienia medyczne z nowoczesnymi technologiami. Mnogość potencjalnych aplikacji opartych na sieciach sensorów urządzeń jest imponująca – mogą służyć zarówno do wczesnego wykrywania chorób (poprzez wykorzystanie selektywnych bioczujników) jak i zwiększania efektywności treningów sportowców.

Naukowcom z prestiżowej uczelni MIT udało się opracować metodę wytwarzania biologicznych czujników w technologii druku przestrzennego – sensor według ich koncepcji ma formę elastycznego tatuażu nanoszonego na powierzchnię skóry, który zmienia kolor pod wpływem konkretnych bodźców. Biotusz wykorzystany w procesie druku 3D jest oparty o matrycę hydrożelową, wzbogaconą o materiał biologiczny w postaci genetycznie modyfikowanych bakterii różnych szczepów, selektywnie wrażliwych na substancje chemiczne.

Zaprezentowany przez naukowców z MIT prototyp tatuażu ma kształt przywodzący na myśl drzewo, a każda z jego części nasycona żywymi bakteriami jest odpowiedzialna za detekcję wybranego analitu. Forma tatuażu jest przystosowana do permanentnego kontakt ze skórą (poprzez elastyczną strukturę, odporną na uszkodzenia), co pozwala na monitorowanie wybranych czynników w czasie rzeczywistym. Według założeń badaczy zaprojektowany przez nich system ma działać na tej samej zasadzie co biosensor optyczny – każde wahanie stężenia substancji chemicznej będzie wiązać się z zmianą barwy.

Sam proces tworzenia czujnika nastręczał naukowcom problemów – pierwsze podjęte próby wydruku biostruktur, zakładające wykorzystanie innego rodzaju komórek, zakończyło się niepowodzeniem. Jak się okazało komórki zwierzęce są niezwykle wymagającym materiału do biodrukowania – podwyższone ciśnienie w ekstruderze doprowadza do pękania delikatnych lipidowych błon komórkowych.

Słuszną koncepcją okazało się wykorzystanie bakterii – są one zarówno bardziej odporne na agresywne warunki środowiskowe jak i wykazują znaczną kompatybilność z materiałami hydrożelowymi, dzięki czemu są one odpowiednie do zastosowań w druku biologicznym. Ostateczny skład biotuszu ograniczył się do hydrożelu o optymalnej charakterystyce przepływu, bakterii oraz pożywki, która pozwoliła im na funkcjonowanie. Według twórców, opracowany przez nich system pozwala na drukowanie cienkich ścieżek o wysokiej rozdzielczości (nawet 30 mikrometrów) a także tworzenia przestrzennych struktur.

Do proces druku przestrzennego zostało wykorzystane urządzenie dedykowane do kontaktu z materiałem biologicznym – gotowa struktura została utwardzona przez zastososowanie promieniowania UV, a następnie nałożona na ludzką skórę. Dzięki temu struktura została wystawiona na działanie różnych związków chemicznych – selektywny system bioreceptorów pozwolił na wykrycie konkretnych analitów, inicjujące stopniową zmianę barwy przez elementy tatuażu.

Według twórców projektu biodrukowane tatuaże mają przed sobą szeroki wachlarz potencjalnych zastosowań – wśród przykładowych aplikacji podają czujniki i interaktywne wyświetlacze zawiadamiające o nagłym wzroście lub obniżeniu poziomu danej substancji w organizmie. Struktury mogą dodatkowo pełnić funkcję dostarczania leków (np. środków przeciwzapalnych po implantacji) lub produkować je samodzielnie – jak przyznaje koordynator projektu, biotusz można zaprojektować tak, aby zawierał komórki dedykowane do samodzielnej produkcji związków takich jak glukoza.

Pozytywne wyniki badań w obecnym stadium rozwoju projektu wydają się być interesująca perspektywą dla nowoczesnej medycyny – jak przewidują specjaliści, szersze wykorzystanie biosensorów w monitorowaniu stanu zdrowia i wczesnej diagnostyce. Dotychczas wiodącym rozwiązaniem były chipy, zdolne do przesyłania sygnałów (np. w razie tworzenia się stanów zapalnych w organizmie), jednak metoda opracowana przez naukowców z MIT może okazać się alternatywą godną uwagi.

Źródło: 3ders.org