Los investigadores han cambiado la impresión 3D tradicional para crear algunas de las estructuras biomédicas más intrincadas hasta el momento, avanzando en el desarrollo de nuevas tecnologías para la regeneración de huesos y tejidos.
El campo emergente de la ingeniería de tejidos tiene como objetivo aprovechar la capacidad natural del cuerpo humano para curarse a sí mismo, para reconstruir los huesos y músculos perdidos por tumores o lesiones.
Un enfoque clave para los ingenieros biomédicos ha sido el diseño y desarrollo de andamios impresos en 3D que se pueden implantar en el cuerpo para apoyar el recrecimiento celular.
Pero hacer que estas estructuras sean lo suficientemente pequeñas y complejas para que las células prosperen sigue siendo un desafío importante.
Ingrese a un equipo de investigación dirigido por la Universidad RMIT, que colabora con médicos del Hospital St Vincent's Hospital Melbourne, Australia, que han anulado el enfoque de impresión 3D convencional.
En lugar de hacer los bioandamios directamente, el equipo imprimió moldes en 3D con cavidades con patrones intrincados y luego los llenó con materiales biocompatibles, antes de disolver los moldes.
Utilizando el enfoque indirecto, el equipo creó bioandamios del tamaño de una uña llenos de estructuras elaboradas que, hasta ahora, se consideraban imposibles con las impresoras 3D estándar.
El investigador principal, el Dr. Cathal O'Connell, dijo que el nuevo método de biofabricación era rentable y fácilmente escalable porque se basaba en una tecnología ampliamente disponible.
"Las formas que puede hacer con una impresora 3D estándar están limitadas por el tamaño de la boquilla de impresión; la abertura debe ser lo suficientemente grande para dejar pasar el material y, en última instancia, eso influye en el tamaño que puede imprimir", O'Connell,un becario postdoctoral del vicerrector en RMIT, dijo.
"Pero los espacios entre el material impreso pueden ser mucho más pequeños y mucho más intrincados.
"Al cambiar nuestro pensamiento, básicamente dibujamos la estructura que queremos en el espacio vacío dentro de nuestro molde impreso en 3D. Esto nos permite crear las microestructuras diminutas y complejas donde las células florecerán".
técnica versátil
O'Connell dijo que otros enfoques pudieron crear estructuras impresionantes, pero solo con materiales diseñados con precisión, sintonizados con aditivos particulares o modificados con una química especial.
"Es importante destacar que nuestra técnica es lo suficientemente versátil como para usar materiales de grado médico listos para usar", dijo.
"Es extraordinario crear formas tan complejas utilizando una impresora 3D básica de grado de secundaria.
"Eso realmente baja el listón para entrar en el campo y nos acerca un paso significativo más cerca de hacer de la ingeniería de tejidos una realidad médica".
La investigación, publicada en Tecnologías de materiales avanzados , se llevó a cabo en BioFab3D @ ACMD, un centro de investigación, educación y capacitación en bioingeniería de vanguardia ubicado en St Vincent's Hospital Melbourne.
La profesora asociada coautora Claudia Di Bella, cirujana ortopédica del Hospital St Vincent de Melbourne, dijo que el estudio muestra las posibilidades que se abren cuando los médicos, ingenieros y científicos biomédicos se unen para abordar un problema clínico.
"Un problema común que enfrentan los médicos es la incapacidad de acceder a soluciones tecnológicas experimentales para los problemas que enfrentan a diario", dijo Di Bella.
"Si bien un médico es el mejor profesional para reconocer un problema y pensar en posibles soluciones, los ingenieros biomédicos pueden convertir esa idea en realidad.
"Aprender a hablar un idioma común en la ingeniería y la medicina suele ser una barrera inicial, pero una vez que se supera, las posibilidades son infinitas".
Conjunto de herramientas de tratamiento futuro
Actualmente existen pocas opciones de tratamiento para las personas que pierden una cantidad significativa de hueso o tejido debido a una enfermedad o lesión, por lo que la amputación o los implantes metálicos para llenar un vacío son resultados comunes.
Si bien se han realizado algunos ensayos clínicos de ingeniería de tejidos en todo el mundo, aún deben abordarse los desafíos clave de la bioingeniería para que la tecnología de bioimpresión 3D se convierta en una parte estándar del conjunto de herramientas de un cirujano.
En ortopedia, un escollo importante es el desarrollo de un bioscaffold que funciona tanto en el hueso como en el cartílago.
"Nuestro nuevo método es tan preciso que estamos creando microestructuras especializadas para el crecimiento de huesos y cartílagos en un solo biocaffold", dijo O'Connell.
"Es el ideal quirúrgico: un andamio integrado que puede soportar ambos tipos de células, para replicar mejor la forma en que funciona el cuerpo".
Las pruebas con células humanas han demostrado que los bioandamios construidos con el nuevo método son seguros y no tóxicos.
Los próximos pasos para los investigadores serán probar diseños para optimizar la regeneración celular e investigar el impacto en el recrecimiento celular de diferentes combinaciones de materiales biocompatibles.
Paso a paso: Cómo realizar la impresión inversa de un biocaffold
El nuevo método, que los investigadores han denominado impresión 3D de plantilla de sacrificio con personificación negativa NEST3D, utiliza pegamento PVA simple como base para el molde impreso en 3D.
Una vez que el material biocompatible inyectado en el molde se ha asentado, toda la estructura se coloca en agua para disolver el pegamento, dejando solo el bioandamio que nutre las células.
La primera autora del estudio, la investigadora de doctorado Stephanie Doyle, dijo que el método permitió a los investigadores probar rápidamente combinaciones de materiales para identificar los más efectivos para el crecimiento celular.
"La ventaja de nuestra avanzada técnica de moldeo por inyección es su versatilidad", dijo Doyle.
"Podemos producir docenas de bioandamios de prueba en una variedad de materiales, desde polímeros biodegradables hasta hidrogeles, siliconas y cerámicas, sin la necesidad de una optimización rigurosa o de equipos especializados.
"Podemos producir estructuras 3D que pueden tener solo 200 micrones de ancho, el ancho de 4 cabellos humanos y una complejidad que rivaliza con la que se puede lograr mediante técnicas de fabricación basadas en la luz.
"Podría ser un acelerador masivo para la investigación en biofabricación e ingeniería de tejidos".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad RMIT . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
Referencia de la revista :
cite esta página :