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Un nuevo robot puede imprimir biomateriales en 3D dentro del cuerpo humano

Ingenieros han desarrollado un brazo robótico en miniatura, flexible y blando, capaz de imprimir biomateriales en 3D directamente en los órganos de un paciente. Metro descubre qué hay detrás de este nuevo dispositivo

Bioimpresión

Investigadores de la Universidad de Nueva Gales del Sur (UNSW), en Sidney (Australia), han presentado recientemente un prototipo de dispositivo capaz de imprimir en 3D células vivas directamente en órganos internos. La tecnología se presenta en forma de brazo robótico blando, flexible y en miniatura.

“La bioimpresión en 3D permite colocar con precisión células vivas y biomateriales, creando complejas estructuras vivas en 3D que se asemejan mucho a los tejidos y órganos naturales para acelerar el proceso de curación/recuperación de daños en tejidos/órganos”, explicó a Metro el Dr. Thanh Nho Do, profesor titular de la Escuela de Postgrado de Ingeniería Biomédica de la UNSW.

El artículo publicado en la revista Advanced Science señala que el trabajo de los científicos ha dado como resultado una bioimpresora 3D diminuta y flexible que puede introducirse en el cuerpo como un endoscopio y aplicar directamente biomateriales multicapa a la superficie de órganos y tejidos internos.

El dispositivo de prueba de concepto, conocido como F3DB, cuenta con un cabezal giratorio muy maniobrable que “imprime” la tinta biológica, unido al extremo de un brazo robótico largo, flexible y con forma de serpiente, todo lo cual puede controlarse externamente.

El equipo de investigadores afirmó que, con un mayor desarrollo y potencialmente en un plazo de cinco a siete años, la tecnología podría ser utilizada por profesionales médicos para acceder a zonas del interior del cuerpo de difícil acceso a través de pequeñas incisiones cutáneas u orificios naturales.

El Dr. Thanh Nho Do, que dirigió la investigación, y su equipo han probado su dispositivo dentro de un colon artificial. También han impreso en 3D diversos materiales con diferentes formas en la superficie de un riñón de cerdo.

“Las técnicas actuales de bioimpresión en 3D requieren que los biomateriales se fabriquen fuera del cuerpo, y su implantación en una persona suele requerir una extensa cirugía a campo abierto, lo que aumenta los riesgos de infección”, comentó el Dr. Do.

Y añadió: “Gracias a nuestra bioimpresora 3D flexible, los biomateriales pueden aplicarse directamente a tejidos u órganos diana con un método mínimamente invasivo.”

La siguiente fase de desarrollo del sistema, para el que se ha concedido una patente provisional, incluye pruebas en animales vivos para demostrar su utilidad práctica.

Los investigadores también planean implementar funciones adicionales, como una cámara integrada y un sistema de escaneado en tiempo real que reconstruiría la tomografía tridimensional del tejido en movimiento dentro del cuerpo.

“En la actualidad, no hay dispositivos disponibles comercialmente que puedan realizar bioimpresiones 3D in situ en tejidos/organos internos distanciados de la superficie de la piel”

—   Nigel Lovell, director de la Escuela de Ingeniería Biomédica de la Universidad de Nueva Gales del Sur (Australia).

La herramienta quirúrgica endoscópica todo en uno

-El equipo de investigación también demostró que el F3DB podría utilizarse como una herramienta quirúrgica endoscópica todo en uno para realizar diversas funciones.

-Esto podría ser especialmente importante en la cirugía para extirpar ciertos tipos de cáncer, especialmente el cáncer colorrectal, mediante un proceso conocido como disección endoscópica de la submucosa (ESD).

-La boquilla del cabezal F3DB puede utilizarse como una especie de bisturí eléctrico para marcar primero y cortar después las lesiones cancerosas.

-También se puede dirigir agua a través de la boquilla para eliminar simultáneamente la sangre y el exceso de tejido de la zona, al tiempo que se puede acelerar la cicatrización mediante la impresión inmediata en 3D de biomaterial directamente mientras el brazo robótico sigue en su sitio.

Entrevista

Dr. Thanh Nho Do, profesor titular de la Escuela de Postgrado de Ingeniería Biomédica de la Universidad de Nueva Gales del Sur (Australia).

P: ¿Qué es la bioimpresión 3D?

- Los biomateriales son materiales diseñados específicamente para interactuar con sistemas biológicos, como células vivas, tejidos y órganos. Pueden utilizarse para apoyar o sustituir tejidos u órganos endógenos. Aunque el cuerpo humano está dotado de sus propios mecanismos naturales de reparación para algunas afecciones, como un simple corte en la piel o las quemaduras. El cuerpo no puede curar muchas enfermedades agudas, crónicas y degenerativas, como la muerte del miocardio del corazón. Los biomateriales que contienen células vivas pueden hacerlo tanto estructural como funcionalmente con una serie de condiciones de ingeniería. La bioimpresión en 3D permite la colocación precisa de células vivas y biomateriales, creando complejas estructuras vivas en 3D que se asemejan mucho a los tejidos y órganos naturales para acelerar el proceso de curación/recuperación de daños en tejidos/organos.

P: ¿Cómo funciona el brazo robótico que han desarrollado?

- Hemos desarrollado un cabezal de impresión de alto grado de libertad (DOF) y un brazo robótico blando montados en un cuerpo largo y flexible en forma de serpiente similar a un endoscopio. El dispositivo puede acceder potencialmente a zonas confinadas y de difícil acceso dentro de los cuerpos vivos a través de pequeñas incisiones en la piel o los orificios naturales humanos (por ejemplo, la boca o el ano). Para crear el movimiento del brazo robótico blando y el cabezal de impresión 3D similar al de una bioimpresora 3D convencional, se utilizan actuadores hidráulicos miniaturizados y blandos. El brazo robótico blando tiene tres grados de libertad de movimientos de flexión y extensión, mientras que el cabezal de impresión 3D, que presenta tres grados de libertad de movimiento, se monta en el brazo robótico blando para formar una bioimpresora 3D completa o F3DB. Mediante un modelo de inversión cinemática y un controlador basado en aprendizaje automático, podríamos imprimir biomateriales de diversas formas y tamaños en los tejidos u órganos deseados.

P: ¿Qué aplicaciones podría tener su invento?

- Hay muchas aplicaciones que pueden beneficiarse de los biomateriales de impresión directa en 3D. Por ejemplo, la lesión de la pared gástrica es una de las enfermedades más comunes del tracto gastrointestinal, que se debe a la debilidad de la mucosa creada por Helicobacter pylori o hemorragias. El tratamiento habitual de esta enfermedad incluye principalmente medicación y cirugía. Mientras que la eficacia del método farmacológico suele ser lenta, la cirugía está asociada a complicaciones. Aunque el uso de coloide estíptico mediante pulverización con un endoscopio se utiliza actualmente para detener las hemorragias, este método no es capaz de reconstruir en 3D la estructura viva de la herida, de lo que puede beneficiarse nuestra tecnología. Los pacientes con enfermedades cardiovasculares como la muerte del miocardio puede comprometer la contracción del músculo cardíaco, lo que lleva a la disfunción cardíaca y, finalmente, la insuficiencia cardíaca crónica. Utilizando nuestra tecnología de bioimpresión 3D con biomateriales vivos que incorporan células vivas, podemos crear construcciones vivas 3D similares a parches cardíacos para el tratamiento del infarto de miocardio, que restaurarán la función de contracción del corazón. En intervenciones quirúrgicas como la extirpación de tejido canceroso en el interior del colon, las suturas se utilizan sobre todo para favorecer la cicatrización de los tejidos. Sin embargo, los fallos en el cierre de heridas o la reparación de defectos en el tracto gastrointestinal pueden provocar complicaciones inesperadas, como infecciones. Por eso, el uso de nuestras tecnologías con biomateriales vivos puede superar estos problemas.

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