Исследователи из Университета штата Аризона и Университета Южной Калифорнии разработали 3D-печатные пластыри с микроиглами, которые можно использовать для безболезненной доставки лекарств.

Вдохновленная иерархической структурой блюдец (водная улитка с чрезвычайно сильными зубами), команда создала усиленный набор микроигл, который показал повышенную устойчивость к длительному использованию. Более того, используя процесс 3D-печати с помощью магнитного поля (MF-3DP), морфология устройства может быть оптимизирована в будущем для доставки лекарств, не вызывая дискомфорта у пациента во время клинических испытаний.

scientists design 3d printed limpet tooth inspired microneedle patches for painless drug deliverynbsp 3d printing industry 9b12e21

Иглы совместной исследовательской группы были изготовлены из полимеров, содержащих железо. Изображение из журнала Advanced Functional Materials.

Инъекции: 3D-печать избавляет от боли

Иглы для подкожных инъекций, возможно, использовались более 150 лет из-за их низкой стоимости и относительно большой емкости, но их введение часто сопровождается болью и приводит к образованию большого количества медицинских отходов. Чтобы решить эти проблемы, в 1970-х годах были введены пластыри с микроиглами, которые были более удобными, позволяли переносить несколько лекарств и уменьшали боль при использовании.

Если бы эти микроиглы были напечатаны на 3D-принтере, их можно было бы создать с настраиваемой геометрией, чтобы повысить эффективность различных лекарств, но до сих пор этому препятствовала недостаточная точность. Например, моделирование методом плавленого осаждения (FDM) и струйная печать потребовали обширной и дорогостоящей постобработки для повышения резкости и улучшения характеристик устройств.

Кроме того, предыдущие экспериментальные иглы должны были быть относительно большими, чтобы обеспечивать достаточную прочность, но было обнаружено, что этот увеличенный размер увеличивает боль во время введения. Чтобы преодолеть эти ограничения, ученые обратились к маловероятному источнику: моллюску. Недавние исследования показали, что зубы морского существа, состоящие из многочисленных иерархических нановолокон, являются одними из самых прочных материалов, встречающихся в природе.

Основываясь на эволюционных преимуществах моллюска, команда попыталась разработать набор игл на основе биологических материалов с улучшенными механическими характеристиками и возможностью безболезненной доставки лекарств.

scientists design 3d printed limpet tooth inspired microneedle patches for painless drug deliverynbsp 3d printing industry 7e209bd

Исследователи использовали инновационный процесс 3D-печати с помощью магнитного поля для создания своих микроигл. Изображение из журнала Advanced Functional Materials.

Множество микроигл, созданное исследователями

Зубы моллюска обязаны своей силой уникальному расположению минералов гетита, что затрудняет их воспроизведение с использованием традиционных методов микротехнологии. В результате объединенная команда решила вместо этого развернуть метод MF-3DP, с помощью которого магнитные поля использовались для выравнивания наночастиц оксида железа (aIO) внутри фотоотверждаемого полимерного материала.

Используя систему стереолитографии (SLA), команда затем выборочно отверждала композит, изменяя диаметр игл, регулируя концентрацию магнитных частиц в разных точках. Полученные микроиглы были изготовлены по четырехугольной схеме, причем каждое коническое устройство имело диаметр 200 мкм, но было обнаружено, что на разрешение влияет ширина игл.

Регулируя глубину проникновения света в принтер, команда обнаружила, что они могут более точно регулировать ширину своих устройств, в конечном итоге достигая ширины всего 8 мкм. Более того, во время испытаний массив, созданный учеными на основе биологических материалов, оказался прочнее, чем тот же дизайн, напечатанный из чистого полимера, который отличался более низким сшиванием и изгибался при вставке.

Чтобы оценить обезболивающий элемент пластыря с микроиглами, исследователи применили его к мышам и не обнаружили никаких различий в поведении по сравнению с теми, с пластырем и без пластыря. Команда также проверила возможности своего устройства по доставке лекарств на кожу свиньи и обнаружила, что флуоресцеин можно успешно вводить и высвобождать в течение двух дней.

В целом, ученые сочли свой подход успешным, так как их микроиглы продемонстрировали повышенную механическую целостность из-за их расположения, напоминающего лапы. В будущем точность процесса MF-3DP команды может позволить разработать иглы с настраиваемыми микроскопическими функциями для использования в биомедицинских и клинических приложениях.

Системы доставки лекарств с помощью 3D-печати

Пластыри с микроиглами существуют с 1970-х годов, поэтому неудивительно, что достижения в области 3D-печати в последние годы привели к разработке множества аддитивных вариантов.

Команда из Университета Рутгерса применила технику проекционной микростереолитографии (PµSL) для создания программируемых микроигл с биовдохновлением . Основываясь на микрокрючках паразитов, колючих жалах медоносных пчел и иглах дикобраза, устройства были разработаны с возможностью горизонтальной деформации для минимальной инвазивности во время введения.

Точно так же ученые из Университета Темпл вдохновились медоносной пчелой для оптимизации конструкции хирургических игл . 3D-печатные устройства на основе полимеров, созданные командой, имели «колючую» пчелиную компоновку, которая, по их предположению, могла уменьшить повреждение тканей во время введения иглы.

В другом месте исследователи из Техасского университета в Далласе (UT Dallas) создали новый недорогой метод изготовления массивов микроигл . Объединив настольный 3D-принтер с техникой химического травления, команда смогла изготовить микроскопические штифты для использования в нескольких медицинских устройствах.

Выводы исследователей подробно описаны в их статье под названием « Безболезненные микроиглы на основе хромовых зубов, изготовленные с помощью 3D-печати с помощью магнитного поля ». Соавторы исследования: Сянцзя Ли, Вэйтонг Шань, Ян Ян, Дилан Джоралмон, Ичжэнь Чжу, Иию Чен, Юань Юань, Хань Сю, Цзяхуэй Ронг, Руй Дай, Цюн Нянь, Ян Чай и Юн Чен.

Чтобы быть в курсе последних новостей о 3D-печати, не забудьте подписаться на информационный бюллетень индустрии 3D-печати, подписаться на нас в Twitter или поставить лайк на нашей странице в Facebook .

Ищете новый подкаст? Обязательно подпишитесь на подкаст Another Dimension в выбранном вами проигрывателе подкастов, чтобы не пропустить ни одной серии.

Вы ищете работу в индустрии аддитивного производства? Посетите раздел «Работа в 3D-печати», чтобы узнать о вакансиях в отрасли.

На этом изображении показана группа блюдец, держащихся за ближайшую скалу своими сверхпрочными зубами. Фото Мигеля Сааведры, Бесплатные изображения.

Теги Университет штата Аризона Университет Рутгерса Университет Темпл Университет Южной Калифорнии Техасский университет в Далласеscientists design 3d printed limpet tooth inspired microneedle patches for painless drug deliverynbsp 3d printing industry 2b39ee8

Пол Ханафи

Пол — выпускник факультета истории и журналистики со страстью к поиску последних новостей в сфере технологий.


Источник