Pequeña bioimpresora 3D flexible podría usarse como herramienta quirúrgica endoscópica todo en uno
Actualizado el 02 Mar 2023
La bioimpresión 3D es un proceso novedoso que se utiliza para fabricar piezas biomédicas para crear estructuras similares a los tejidos mediante el uso de biotinta. Este método sirve principalmente para fines de investigación y desarrollo de fármacos, y generalmente requiere el uso de grandes máquinas de impresión 3D para construir composiciones celulares fuera del cuerpo. Ahora, un equipo de ingenieros ha desarrollado un brazo robótico flexible en miniatura que podría utilizarse para imprimir biomateriales en 3D directamente en los órganos del cuerpo humano. Este robot blando se puede insertar en el cuerpo de la misma manera que un endoscopio y tiene la capacidad de entregar directamente biomateriales multicapas en la superficie de los órganos y tejidos internos.
Ingenieros de la Universidad de Nueva Gales del Sur (UNSW, Sydney, NSW, Australia) han desarrollado un dispositivo de prueba de concepto, conocido como F3DB, que cuenta con un cabezal giratorio altamente maniobrable que "imprime" la biotinta, unido al extremo de un brazo robótico largo y flexible con forma de serpiente, todo lo cual se puede controlar externamente. El dispositivo cuenta con un cabezal de impresión de tres ejes montado directamente en la punta de un brazo robótico suave. El cabezal de impresión, que consta de músculos artificiales suaves que le permiten moverse en tres direcciones, funciona de manera similar a las impresoras 3D convencionales de escritorio. El brazo robótico blando se puede doblar y torcer mediante un sistema hidráulico y se puede fabricar con la longitud necesaria. Su rigidez se puede ajustar con precisión utilizando varios tipos de telas y tubos elásticos.
La boquilla de impresión se puede programar para imprimir formas predeterminadas u operarse manualmente en situaciones que demanden una bioimpresión más compleja o indeterminada. Además, el equipo usó un controlador basado en aprendizaje automático para ayudar en el proceso de impresión. Después de un mayor desarrollo, los profesionales médicos pueden usar la tecnología para llegar a áreas de difícil acceso dentro del cuerpo a través de pequeñas incisiones en la piel o de los orificios naturales.
El equipo de UNSW demostró además la aptitud de la tecnología al probar la viabilidad celular del biomaterial vivo después de imprimirlo a través de su sistema. Los investigadores probaron su dispositivo dentro de un colon artificial, así como mediante la impresión 3D de varios materiales con diferentes formas en la superficie del riñón de cerdo. Sus experimentos mostraron que las células no se vieron afectadas por el proceso, y la mayoría de las células permanecieron vivas después de la impresión. Las células continuaron creciendo durante los siguientes siete días y el equipo observó cuatro veces más células una semana después de la impresión.
El equipo de investigación también demostró el potencial de F3DB como dispositivo quirúrgico endoscópico multiusos. Creen que sería particularmente útil para realizar un procedimiento de disección submucosa endoscópica (DSE) para extirpar ciertos tipos de cáncer, como el cáncer colorrectal. La boquilla del cabezal de impresión del F3DB se puede usar como un bisturí eléctrico para marcar primero y luego cortar las lesiones cancerosas. El agua se puede dirigir a través de la boquilla para limpiar simultáneamente la sangre y el exceso de tejido del sitio, mientras que la impresión 3D inmediata de biomaterial directamente, puede promover una curación más rápida mientras el brazo robótico aún está en su lugar.
Para demostrar aún más el potencial de F3DB como una herramienta quirúrgica endoscópica todo en uno, el equipo de investigación de la UNSW realizó experimentos en el intestino de un cerdo. Los resultados son prometedores y al equipo se le ha concedido una patente provisional para su dispositivo. El siguiente paso es realizar pruebas in vivo en animales vivos para demostrar su practicidad. Además, los investigadores planean integrar funciones como una cámara y un sistema de escaneo en tiempo real que reconstruiría la tomografía 3D del tejido en movimiento dentro del cuerpo.
"Las técnicas de bioimpresión 3D existentes requieren que los biomateriales se fabriquen fuera del cuerpo e implantarlos en una persona generalmente requeriría una gran cirugía de campo abierto que aumenta los riesgos de infección", dijo el Dr. Thanh Nho Do, quien dirigió la nueva investigación del Laboratorio de Robótica Médica de la UNSW. “Nuestra bioimpresora 3D flexible significa que los biomateriales se pueden administrar directamente en el tejido u órganos objetivo con un método mínimamente invasivo. Este sistema ofrece el potencial para la reconstrucción precisa de heridas tridimensionales dentro del cuerpo, como lesiones en la pared gástrica o daños y enfermedades dentro del colon”.
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