Modelos del cerebro humano impresos en 3D podrían mejorar y personalizar la neurocirugía

Los neurocirujanos a menudo practican cirugías antes del procedimiento real utilizando modelos cerebrales de pacientes, pero los modelos actuales carecen de realismo en la reproducción de vasos sanguíneos y en proporcionar una retroalimentación táctil precisa. Además, pueden no incluir estructuras anatómicas importantes que afectan la cirugía. Para mejorar la precisión y reducir los errores durante las cirugías reales, se podrían usar réplicas de los cerebros de los pacientes personalizadas impresas en 3D, ya que pueden replicar la textura suave y los detalles estructurales necesarios para una preparación efectiva previa a la cirugía.

Científicos de la Universidad de Florida (Gainesville, FL, EUA) han desarrollado un nuevo método de impresión 3D utilizando silicona que puede crear modelos precisos de vasos sanguíneos en el cerebro, brindando a los neurocirujanos simulaciones más realistas para la preparación antes de la cirugía. Si bien la impresión 3D integrada ha sido exitosa en la creación de varios materiales blandos, como hidrogeles, micropartículas y células vivas, la impresión con silicona ha sido un desafío. Debido a la alta tensión interfacial entre el aceite (que es la silicona líquida) y los materiales de soporte a base de agua, las estructuras de silicona impresas en 3D han sido propensas a deformarse y las características de pequeño diámetro se rompen en gotas durante el proceso de impresión.

Imagen: Este diagrama muestra la técnica AMULIT imprimiendo los bronquios de un modelo pulmonar dentro de un baño de material de soporte (Fotografía cortesía de la Universidad de Florida)

Se han realizado numerosos estudios para producir materiales de silicona que se puedan imprimir sin necesidad de soporte. Sin embargo, alterar las propiedades de la silicona para lograr esto también afecta la suavidad y elasticidad del material, que son consideraciones importantes para los usuarios. Para abordar el problema de la tensión interfacial, los investigadores de los campos de la física de la materia blanda, la ingeniería mecánica y la ciencia de los materiales han desarrollado un material de soporte que utiliza aceite de silicona. El equipo planteó la hipótesis de que la mayoría de las tintas de silicona compartirían similitudes químicas con su material de soporte de silicona, por lo tanto, se reduciría significativamente la tensión interfacial, permaneciendo lo suficientemente distintas como para imprimirse por separado en 3D.

El equipo de investigadores probó varios materiales de soporte, pero determinó que la solución más efectiva era crear una emulsión densa de aceite de silicona y agua que se asemejara a una mayonesa cristalina, hecha de microgotas de agua empaquetadas en un continuo de aceite de silicona. Los investigadores acuñaron el término "fabricación aditiva con tensión interfacial ultrabaja" (AMULIT, por sus siglas en inglées) para este método. Usando el material de soporte AMULIT, los investigadores lograron imprimir silicona comercial a alta resolución, produciendo características tan pequeñas como 8 micrómetros (aproximadamente 0,0003 pulgadas) de diámetro. Las estructuras impresas eran igualmente duraderas y elásticas que las producidas mediante el moldeado tradicional. Este avance permitió al equipo crear modelos 3D precisos de los vasos sanguíneos del cerebro de un paciente basados en un escaneo 3D y un modelo de válvula cardíaca funcional basado en la anatomía humana promedio.

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Universidad de Florida