Assessing the efficacy of cancer therapeutics in mouse models is a critical step in treatment development. However, low-resolution measurement tools and small sample sizes make determining drug efficacy in vivo a difficult and time-intensive task. Here, we present a commercially scalable wearable electronic strain sensor that automates the in vivo testing of cancer therapeutics by continuously monitoring the micrometer-scale progression or regression of subcutaneously implanted tumors at the minute time scale. In two in vivo cancer mouse models, our sensor discerned differences in tumor volume dynamics between drug- and vehicle-treated tumors within 5 hours following therapy initiation. These short-term regression measurements were validated through histology, and caliper and bioluminescence measurements taken over weeklong treatment periods demonstrated the correlation with longer-term treatment response. We anticipate that real-time tumor regression datasets could help expedite and automate the process of screening cancer therapies in vivo.

Abstract Healthcare professionals and scientists utilize tumor shrinkage as a key metric to establish the efficacy of cancer treatments. However, current measurement tools such as CT scanners and calipers only provide brief snapshots of the dynamic geometric changes occurring in vivo, and they are unable to characterize the continuous micrometer-scale volumetric transformations transpiring at minute timescales. Here we present a stretchable electronic strain sensor, with a 10-micron scale resolution, capable of continuously monitoring tumor volume progression in real-time. In mouse models with subcutaneously implanted lung cancer or B-cell lymphoma tumors our sensors discerned a significant change in the tumor volumes of treated mice within 5 hours after small molecule therapy or immunotherapy initiation. Histology, caliper measurements, and luminescence imaging over a one-week treatment period validated the data from the continuous sensor. We anticipate that real-time tumor progression datasets could help expedite and automate the process of screening cancer therapies in vivo.

Abstract Chronic non-healing wounds represent a major source of morbidity for patients and a significant economic burden. Current wound care treatments are generally passive and are unable to adapt to changes in the wound environment in real time. By integrating multimodal sensors and adding stimulators in a bandage, real-time physiological monitoring is possible and provides an opportunity for active intervention into the complex wound environment. Here, we develop a battery-free flexible bioelectronic system consisting of wirelessly powered, closed-loop sensing and stimulation circuits with tissue-interfacing tough conducting hydrogel electrodes for robust signal transduction, on-demand adhesion, and detachment. Using multiple pre-clinical models, we demonstrate the capability of our wound care system to continuously monitor skin impedance and temperature, to trigger directional electrical stimulation. The accelerated wound closure was confirmed to be due to the activation of pro-regenerative genes linked to accelerated wound closure, increased neovascularization, and enhanced dermal recovery.

Direct ink writing is a 3D printing method that is compatible with a wide range of structural, elastomeric, electronic, and living materials, and it continues to expand its uses into physics, engineering, and biology laboratories. However, the large footprint, closed hardware and software ecosystems, and expense of commercial systems often hamper widespread adoption. Here, we present a compact, simple-to-build, low-cost, multimaterial, and high-throughput direct ink writing 3D printer platform with detailed assembly files and instructions provided freely online. In contrast to existing low-cost 3D printers and bioprinters, which typically modify off-the-shelf plastic 3D printers, this system is built from scratch, offering a lower cost and full customizability. Despite its low cost, we demonstrate advanced active mixing and multimaterial multinozzle 3D (MM3D) printing methods, which previously have relied on expensive and custom motion control platforms. We finally introduce embedded multinozzle and 3D gradient nozzle designs that offer high throughput and graded 3D parts. This powerful, easy-to-build, and customizable printing platform can help stimulate a vibrant biomaker community of engineers, biologists, and educators.