Nueva técnica de impresión 3D guiada por ultrasonido facilita la fabricación de implantes médicos

Sin embargo, la mayoría de los enfoques actuales aún requieren procedimientos quirúrgicos invasivos para su implantación.

Por el contrario, la bioimpresión in vivo (la impresión directa de tejido dentro del cuerpo) ofrece una solución menos invasiva, pero se ha visto limitada por diversos desafíos. Estos incluyen una penetración limitada en los tejidos, una selección restringida de biotintas biocompatibles y la necesidad de sistemas de impresión capaces de operar a alta resolución con un control preciso en tiempo real. Ahora, una técnica de impresión 3D guiada por ultrasonido ofrece un método prometedor para fabricar implantes médicos in vivo y administrar terapias dirigidas a los tejidos profundos del cuerpo, todo ello sin necesidad de cirugía invasiva, según una investigación publicada en Science .

Investigadores del Instituto Tecnológico de California (Pasadena, CA, EUA) han desarrollado una innovadora plataforma denominada Impresión de sonido in vivo de tejido profundo guiada por imágenes (DISP, por sus siglas en inglés), que emplea ultrasonidos focalizados y biotintas sensibles al ultrasonido para fabricar biomateriales con precisión en el cuerpo. Estas biotintas, conocidas como tintas-US, están compuestas por biopolímeros, agentes de contraste para imágenes y liposomas sensibles a la temperatura que contienen agentes de entrecruzamiento.

Las biotintas se administran mediante inyección o catéter directamente en los tejidos profundos del cuerpo. Un transductor de ultrasonido focalizado, guiado por posicionamiento automático y un plano digital predefinido, genera un calentamiento localizado a baja temperatura (ligeramente por encima de la temperatura corporal), lo que activa la liberación de los agentes de entrecruzamiento y provoca la formación inmediata de gel en el sitio objetivo.

Además, las biotintas y los geles resultantes pueden diseñarse para diversas funcionalidades, como la conductividad, la administración localizada de fármacos, la adhesión tisular y la capacidad de obtener imágenes en tiempo real. El equipo demostró la eficacia de la plataforma DISP al imprimir con éxito biomateriales funcionales y cargados con fármacos cerca de zonas cancerosas en la vejiga de ratones y en tejidos musculares profundos de conejos.

Estas pruebas revelaron las posibles aplicaciones de esta tecnología en la administración de fármacos, la regeneración tisular y la bioelectrónica. Las evaluaciones de biocompatibilidad posteriores no mostraron indicios de daño tisular ni inflamación, y el cuerpo pudo eliminar la tinta no polimerizada en una semana, lo que indica la seguridad de la plataforma. Los investigadores creen que la integración del aprendizaje automático podría mejorar aún más la plataforma DISP, mejorando su capacidad para localizar y aplicar ultrasonidos focalizados con precisión en tiempo real.

"Ya hemos demostrado en un modelo animal pequeño que podemos imprimir hidrogeles con fármacos para el tratamiento de tumores", afirmó Wei Gao, profesor de ingeniería médica en Caltech, quien dirigió el equipo. "Nuestra próxima etapa es intentar imprimir en un modelo animal más grande y, con suerte, en un futuro próximo, podremos evaluarlo en humanos. En el futuro, con la ayuda de la inteligencia artificial, nos gustaría poder activar de forma autónoma una impresión de alta precisión dentro de un órgano en movimiento, como un corazón latiendo".

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Instituto Tecnológico de California