Революция в биомедицината: Нов метод за 3D принтиране създава перфектни тъканни импланти

Швейцарски изследователи разработиха нова платформа за томографски обемен 3D печат, която е десетки пъти по-ефективна от предишните методи. Използвайки директен контрол на фазата на светлинния лъч, екипът е постигнал ускорено втвърдяване на отпечатаните обекти. С тази технология е възможно да се принтират жизнеспособни биологични структури с живи клетки, като например човешко ухо в естествен размер.

Традиционният томографски обемен печат използва въртящ се съд с фотополимерна смола, който се осветява от лазер. Преди това информацията за формата се кодира в амплитудата или яркостта на светлината, но тогава се губи голяма част от енергията на лазера. През 2025 г. екип от инженери от Федералната политехническа гимназия в Лозана преминава към холографски метод, като кодира формата във фазата на светлината. Това спестява лазерна енергия. В настоящата работа за първи път се използва устройство за директен контрол на фазата при обемно 3D принтиране.

„Демонстрираната ефективност и точност на нашия метод най-накрая ни позволява да създаваме биопринтирани структури, подобни на тъкани, в мащаб, близък до клиничния“, заяви ръководителят на лабораторията на LAPD Кристоф Мозер. – Успяхме да отпечатаме структури, които са значително по-големи от тези, създадени чрез предишни холографски подходи, въпреки повишеното разсейване на светлината, причинено от вградените клетки.“

В експеримента изследователите използват лазерен диод с мощност само 150 mW (приблизително колкото мощността на мощна лазерна показалка) и за минути отпечатват ухо на възрастен човек в естествен размер. Отпечатването на милиметрови проби отнема секунди, а на сантиметрови – минути.

След това, отпечатвайки по-малък образец (64 mm³), изследователите потвърдиха, че след шест дни живите клетки вътре не само не са умрели, но са образували организирана структура. Това означава, че процесът на отпечатване не уврежда клетките.

Освен това изследователите са приложили нова стратегия за потискане на петната – случайните интерферентни петна, които правят повърхността грапава. Това прави метода подходящ за отпечатване на импланти, при които гладкостта влияе върху присаждането и интеграцията с тъканта.

Сега екипът работи в две направления, пише Techxplore. Първото е принтиране около съществуващи обекти (например принтиране на хрущял директно върху скелет за имплантиране). Второто е моделиране на химическата кинетика: как точно се втвърдява смолата във всяка точка, за да се предвиди микроструктурата. В бъдещите версии се планира да отпадне въртенето на съда – ще е достатъчно да се проектира холограма върху неподвижна тръба със смола. Това ще опрости оборудването и ще ускори процеса.

„Нашият подход доближава обемния печат до реалните импланти и биосъвместимото производство с лазерни източници с ниска мощност“,

казва Мария Алварес-Кастаньо, водещ автор на изследването.