Una nueva tecnología 3D para cirugías internas no invasivas
Esta innovadora técnica implica una tinta bioimpresa que reacciona a las ondas sonoras en lugar de a la luz, lo que permite crear estructuras biomédicamente útiles a profundidades de tejido sin precedentes y sin tocar el cuerpo.
Ingenieros de la Universidad de Duke y la Facultad de Medicina de Harvard han desarrollado una tinta biocompatible que se solidifica en diferentes formas y estructuras 3D al absorber ondas de ultrasonido. Debido a que responde a las ondas sonoras en lugar de a la luz, la tinta se puede utilizar en tejidos profundos con fines biomédicos que van desde la curación de huesos hasta la reparación de válvulas cardíacas.
Los usos de las herramientas de impresión 3D son cada vez mayores. Los impresores crean prototipos de dispositivos médicos, diseñan dispositivos electrónicos flexibles y livianos e incluso diseñan tejidos utilizados en la curación de heridas. Sin embargo, muchas de estas técnicas de impresión implican construir el objeto punto por punto en un proceso lento y arduo que a menudo requiere una plataforma de impresión robusta.
Para evitar estos problemas en los últimos años, los investigadores desarrollaron una tinta fotosensible que responde directamente a rayos de luz específicos y se endurece rápidamente formando la estructura deseada. Si bien esta técnica de impresión puede mejorar sustancialmente la velocidad y la calidad de una impresión, los investigadores sólo pueden utilizar tintas transparentes para las impresiones y los fines biomédicos son limitados, ya que la luz no puede penetrar más allá de unos pocos milímetros de profundidad en el tejido.
Ahora, Y. Shrike Zhang, bioingeniero asociado del Brigham and Women’s Hospital y profesor asociado de la Facultad de Medicina de Harvard, y Junjie Yao, profesor asociado de ingeniería biomédica en Duke, han desarrollado un nuevo método de impresión llamado impresión volumétrica acústica de penetración profunda, o DVAP, que resuelve estos problemas.
Esta nueva técnica implica una tinta especializada que reacciona a las ondas sonoras en lugar de a la luz, lo que les permite crear estructuras biomédicamente útiles a profundidades de tejido sin precedentes.
«DVAP se basa en el efecto sonotérmico, que se produce cuando las ondas sonoras se absorben y aumentan la temperatura para endurecer nuestra tinta«, explicó Yao, quien diseñó la tecnología de impresión por ultrasonidos para DVAP. «Las ondas de ultrasonido pueden penetrar más de 100 veces más profundamente que la luz, mientras están confinadas espacialmente, por lo que podemos llegar a tejidos, huesos y órganos con una alta precisión espacial que no ha sido posible alcanzar con métodos de impresión basados en luz».
El primer componente de DVAP implica una tinta sonicada, llamada sono-tinta, que es una combinación de hidrogeles, micropartículas y moléculas diseñadas para reaccionar específicamente a las ondas de ultrasonido. Una vez que la tinta sono llega al área objetivo, una sonda de impresión por ultrasonido especializada envía ondas de ultrasonido enfocadas a la tinta, endureciendo partes de ella en estructuras intrincadas. Estas estructuras pueden variar desde un armazón hexagonal que imita la dureza del hueso hasta una burbuja de hidrogel que se puede colocar sobre un órgano.
«La tinta en sí es un líquido viscoso, por lo que se puede inyectar en un área específica con bastante facilidad y, a medida que se mueve la sonda de impresión por ultrasonido, los materiales de la tinta se unirán y endurecerán», dijo Zhang, quien diseñó el sono. -tinta en su laboratorio en el Brigham. «Una vez hecho esto, puedes eliminar cualquier resto de tinta que no se haya solidificado con una jeringa».
Los diferentes componentes de la tinta sono permiten a los investigadores ajustar la fórmula para una amplia variedad de usos. Por ejemplo, si quieren crear una estructura para ayudar a curar un hueso roto o compensar la pérdida ósea, pueden agregar partículas minerales óseas a la tinta. Esta flexibilidad también les permite diseñar la fórmula endurecida para que sea más duradera o degradable, según su uso. Incluso pueden ajustar los colores de su impresión final.
El equipo realizó tres pruebas como prueba de concepto de su nueva técnica. El primero implicó usar tinta para sellar una sección en el corazón de una cabra. Cuando un ser humano tiene fibrilación auricular no valvular, el corazón no latirá correctamente, lo que provocará que la sangre se acumule en el órgano. El tratamiento tradicional a menudo requiere una cirugía a tórax abierto para sellar el apéndice auricular izquierdo y reducir el riesgo de coágulos sanguíneos y ataques cardíacos.
En cambio, el equipo utilizó un catéter para administrar su tinta sonora al apéndice auricular izquierdo en un corazón de cabra que se colocó en una cámara de impresión. Luego, la sonda de ultrasonido emitió ondas de ultrasonido enfocadas a través de 12 mm de tejido, endureciendo la tinta sin dañar ninguno de los órganos circundantes. Una vez que se completó el proceso, la tinta se adhirió de forma segura al tejido del corazón y fue lo suficientemente flexible como para soportar movimientos que imitaban los latidos del corazón.
A continuación, el equipo probó el potencial del uso de DVAP para la reconstrucción y regeneración de tejidos. Después de crear un modelo de defecto óseo utilizando una pierna de pollo, el equipo inyectó tinta sono y la endureció a través de 10 mm de capas de muestra de piel y tejido muscular. El material resultante se adhirió perfectamente al hueso y no afectó negativamente a ninguno de los tejidos circundantes.
Finalmente, Yao y Zhang demostraron que DVAP también podría usarse para la administración de fármacos terapéuticos. En su ejemplo, agregaron un fármaco de quimioterapia común a su tinta, que aplicaron a una muestra de tejido hepático. Usando su sonda, endurecieron la tinta sono en hidrogeles que liberaron lentamente la quimioterapia y se difundieron en el tejido hepático.
«Todavía estamos lejos de llevar esta herramienta a la clínica, pero estas pruebas reafirmaron el potencial de esta tecnología», afirmó Zhang. «Estamos muy emocionados de ver hacia dónde puede llegar a partir de ahora».
«Debido a que podemos imprimir a través de tejido, esto permite muchas aplicaciones potenciales en cirugía y terapia que tradicionalmente involucran métodos muy invasivos y disruptivos», dijo Yao. «Este trabajo abre una nueva e interesante vía en el mundo de la impresión 3D y estamos entusiasmados de explorar juntos el potencial de esta herramienta».
Fuente: Una nueva tecnología 3D para cirugías internas no invasivas