Tecnología de impresión 3D basada en ultrasonido podría permitir cirugías sin abrir al paciente

Desde el desarrollo de prototipos de dispositivos médicos y electrónica flexible hasta la ingeniería de tejidos para la curación de heridas, las aplicaciones son diversas. Los métodos tradicionales de impresión 3D a menudo implican una construcción lenta, punto por punto, del objeto en una plataforma de impresión robusta. En los últimos años, los investigadores han logrado avances con tintas fotosensibles que se solidifican rápidamente cuando se exponen a la luz, lo que mejora la velocidad y la calidad de la impresión. Sin embargo, este método está limitado por la necesidad de tintas transparentes y es menos eficaz para aplicaciones biomédicas debido a la limitada penetración de la luz en los tejidos.

Ahora, ingenieros de la Universidad de Duke (Durham, Carolina del Norte, EUA) y la Facultad de Medicina de Harvard (Boston, MA, EUA) han dado un importante paso adelante al desarrollar una tinta biocompatible que se solidifica en varias estructuras 3D al exponerse a ondas de ultrasonido. Esta nueva técnica, denominada impresión volumétrica acústica de penetración profunda (DVAP, por sus siglas en inglés), permite la creación de estructuras biomédicas en lo profundo de los tejidos, adecuadas para aplicaciones como la curación de huesos o la reparación de válvulas cardíacas. La DVAP utiliza una "sonotinta" especializada, que comprende hidrogeles, micropartículas y moléculas diseñadas para reaccionar específicamente a las ondas de ultrasonido. Cuando esta sonotinta se introduce en el área objetivo, una sonda de impresión por ultrasonido emite ondas sonoras enfocadas que solidifican la tinta en estructuras detalladas. Estas estructuras pueden variar significativamente, desde estructuras hexagonales con forma de hueso hasta burbujas de hidrogel para aplicación en órganos. La composición de la sonotinta es adaptable, lo que permite variar la durabilidad, la degradabilidad o incluso el color del producto final.

El equipo demostró el potencial de la DVAP mediante tres experimentos de prueba de concepto. En la primera prueba, sellaron con éxito una sección del corazón de una cabra, simulando un procedimiento para tratar la fibrilación auricular no valvular, que normalmente requiere una cirugía invasiva. La sonotinta se administró al apéndice auricular izquierdo del corazón de una cabra mediante un catéter en una cámara de impresión. Luego, la sonda de ultrasonido emitió ondas a través de 12 mm de tejido, solidificando la tinta sin dañar los tejidos adyacentes, lo que dio como resultado un material flexible capaz de soportar movimientos similares a los de un corazón. En un segundo experimento, exploraron la capacidad de la DVAP para la reconstrucción y regeneración de tejidos. Crearon un defecto óseo en una pierna de pollo e inyectaron sonotinta, solidificándola a través de capas de piel y tejido muscular. El material formado se integró perfectamente con el hueso, sin mostrar efectos adversos en los tejidos cercanos.

Por último, el equipo demostró el potencial de la DVAP en la administración de fármacos terapéuticos. Infundieron un medicamento de quimioterapia común en la sonotinta y lo administraron a muestras de tejido de hígado. Luego, la sonda de ultrasonido solidificó la tinta en hidrogeles, que liberaron gradualmente la quimioterapia y la difundieron en el tejido hepático. Este método innovador de investigadores de Duke y Harvard demuestra el enorme potencial de DVAP en aplicaciones biomédicas, ofreciendo una alternativa menos invasiva y más versátil a los métodos de tratamiento tradicionales.

"Debido a que podemos imprimir a través de tejido, esto permite muchas aplicaciones potenciales en cirugía y terapia que tradicionalmente implican métodos muy invasivos y disruptivos", dijo Junjie Yao, profesor asociado de ingeniería biomédica en Duke. "Este trabajo abre una nueva e interesante vía en el mundo de la impresión 3D y estamos entusiasmados de explorar juntos el potencial de esta herramienta".

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Universidad de Duke
Facultad de Medicina de Harvard