Una bioimpresora 3D imprime tejido in situ

La bioimpresión es el uso de técnicas de impresión 3D para fabricar tejidos a partir de biomateriales. Se utiliza principalmente para crear tejido humano para investigación y pruebas de fármacos in vitro. Cuando se utiliza para crear una parte del cuerpo destinada a ser implantada en un paciente, la parte primero debe imprimirse con una bioimpresora de escritorio y luego, por lo general, se requiere una gran cirugía en campo abierto para colocarla. Además del riesgo de infección y el largo tiempo de recuperación, es posible que no coincidan la pieza impresa y el tejido objetivo interno al que está adherida, así como problemas derivados de la contaminación y la manipulación.

Para superar estos desafíos, investigadores de la Universidad de Nueva Gales del Sur, Sydney, en Australia, desarrollaron un brazo robótico blando en miniatura y un cabezal de impresión flexible, y los integraron en un catéter tubular largo que forma el cuerpo flexible de la impresora. Tanto el brazo como el cabezal de impresión tienen tres grados de libertad (DoF).

"Nuestra bioimpresora 3D flexible, denominada F3DB, puede entregar biomateriales directamente al tejido u órgano objetivo con un enfoque mínimamente invasivo", dice Thanh Nho Do, profesor titular de la Escuela de Graduados en Ingeniería Biomédica de la UNSW, quien junto con su Ph.D. La estudiante Mai Thanh Thai dirigió el equipo de investigación.

F3DB no sólo tiene el potencial de reconstruir directamente partes dañadas del cuerpo, sino que "también puede usarse como una herramienta quirúrgica endoscópica todo en uno con la boquilla asumiendo el papel de un bisturí quirúrgico", añade Do. "Esto evitaría la necesidad de utilizar diferentes herramientas para limpiar, marcar e incidir que ahora se utilizan en procedimientos más largos, como la extirpación de un tumor".

Un prototipo de bioimpresora 3D flexible también puede servir como herramienta quirúrgica endoscópica multiuso. Fuente: UNSW Sydneyyoutu.be

Aunque la bioimpresión in situ ha sido investigada durante la última década, "la bioimpresión en órganos internos ha sido limitada debido a varias dificultades", dice Ibrahim Ozbolat, profesor de ingeniería, ciencias y mecánica en la Universidad Estatal de Pennyslvania, al comentar los detalles de la investigación publicados en febrero. Ciencia avanzada. "Este dispositivo móvil de bioimpresión endoscópica todo en uno es novedoso", afirma, y ​​podría "hacer avanzar las técnicas existentes al permitir observaciones, incisiones y bioimpresión en tiempo real en órganos internos".

El dispositivo tiene un diámetro similar al de un endoscopio (alrededor de 11 a 13 milímetros), lo suficientemente pequeño como para insertarse en el cuerpo a través de la boca o el ano. El brazo robótico blando es accionado por tres actuadores de fuelle de tela suave regulados por un sistema hidráulico compuesto por jeringas impulsadas por un motor de CC que bombean agua a los actuadores. Un cabezal de impresión flexible, compuesto por suaves músculos artificiales hidráulicos, permite que la boquilla de impresión se mueva en tres direcciones, como la de una impresora 3D de escritorio convencional. El control general se realiza mediante una configuración maestro-esclavo que utiliza un sistema háptico comercial para transmitir los movimientos de la mano por parte del maestro.

Al alcanzar el objetivo, el brazo y el cabezal de impresión son controlados por un algoritmo automatizado basado en cinemática inversa, un proceso matemático que determina los movimientos necesarios para colocar los biomateriales en la superficie de un órgano o tejido interno. La impresión se controla mediante una cámara en miniatura flexible adjunta.

Para probar el dispositivo, los investigadores utilizaron primero varios materiales no biomateriales, como silicona líquida y chocolate, para imprimir diferentes patrones 3D multicapa en el laboratorio. En experimentos posteriores, imprimieron varias formas con materiales no vivos en la superficie de un riñón de cerdo. Posteriormente, los investigadores imprimieron biomateriales vivos in situ sobre una superficie de vidrio dentro de un colon artificial.

"Vimos que las células crecían todos los días y aumentaban cuatro veces el día siete, el último día del experimento", dice Do.

Para probar el dispositivo como herramienta multiuso para cirugía endoscópica, los investigadores realizaron diversas funciones como lavar, marcar y diseccionar el intestino de un cerdo. "Los resultados muestran que el F3DB tiene un gran potencial para convertirse en una herramienta endoscópica todo en uno para procedimientos endoscópicos de disección submucosa", dice Do.

Se necesitan más mejoras, incluida la inclusión de más parámetros en el modelo cinemático que controla la impresión y la adición de más cámaras para monitorear mejor la impresión. “Luego comenzaremos a probar el dispositivo en animales y, finalmente, en humanos”, afirma Do. "Esperamos ver el dispositivo funcionando en hospitales en los próximos cinco a siete años".

El dispositivo "tiene un gran potencial para tener éxito", coincide Ozbolat. "Pero primero es necesario verificar su seguridad y llevar a cabo otras mejoras". Señala que los brazos robóticos endoscópicos 3D ya se utilizan clínicamente, por lo que, siempre que se demuestre la viabilidad y seguridad del dispositivo en el futuro, "la comercialización sólo puede ser cuestión de tiempo".