¿Implantes personalizados bajo demanda? ¿Bandas para el corazón? El método de impresión 3D lo hace posible.

Un equipo dirigido por CU Boulder, junto con investigadores de la Universidad de Pensilvania, ha dado un paso importante para descifrar este código. Han desarrollado un nuevo método para imprimir materiales en 3D que son a la vez lo suficientemente flexibles para soportar latidos continuos del corazón, lo suficientemente rígidos para soportar cargas aplastantes en las articulaciones y defectos únicos del paciente que se adaptan fácilmente.

Mejor aún, se adhiere fácilmente al tejido húmedo.

Su progreso se describe en la edición del 2 de agosto de la revista. cienciaayuda a allanar el camino hacia una nueva generación de biomateriales, desde vendajes permanentes que administran medicamentos directamente al corazón hasta parches de cartílago y suturas sin agujas.

“Los tejidos cardíacos y cartilaginosos son similares en el sentido de que tienen una capacidad muy limitada para repararse a sí mismos”, dijo el autor principal Jason Burdick, profesor de ingeniería química y biológica en el Instituto BioFrontiers de CU Boulder, al desarrollar materiales más flexibles, podemos hacer un tejido más grande. impacto en los pacientes.”

El gusano ‘blob’ como inspiración

Históricamente, los dispositivos biomédicos se han fabricado mediante moldeo o fundición, técnicas que funcionan bien para la producción en masa de implantes idénticos, pero que no son prácticas cuando se trata de personalizar esos implantes para pacientes específicos. En los últimos años, la impresión 3D ha abierto un mundo de nuevas posibilidades para aplicaciones médicas al permitir a los investigadores crear materiales con muchas formas y estructuras.

A diferencia de las impresoras convencionales, que simplemente aplican tinta al papel, las impresoras 3D depositan capa tras capa de plásticos, metales o incluso células vivas para crear objetos multidimensionales.

Un material en particular, llamado hidrogel (el material con el que se fabrican las lentes de contacto), ha sido el candidato favorito para crear tejidos, órganos e implantes artificiales.

Pero llevarlos del laboratorio a la clínica ha sido difícil porque los hidrogeles tradicionales impresos en 3D se rompen cuando se estiran, se agrietan bajo presión o son demasiado rígidos para moldearse alrededor de los tejidos.

“Imagínese si tuviera plástico duro pegado a su corazón”, dijo Burdick. “Simplemente se rompería”.

Para lograr fuerza y ​​flexibilidad dentro de los hidrogeles impresos en 3D, Burdick y sus colegas siguieron el ejemplo de los insectos, que repetidamente se retuercen y enredan en “manchas de gusanos” tridimensionales que tienen propiedades como sólidas y líquidas. Investigaciones anteriores han demostrado que agregar cadenas de moléculas unidas de manera similar, llamadas “entrelazamientos”, puede hacerlas más resistentes.

Su nuevo método de impresión, conocido como CLEAR (curado continuo asistido por inicio redox después de la exposición a la luz), sigue varios pasos para entrelazar moléculas largas dentro del material impreso en 3D, como gusanos entrelazados.

Cuando el equipo estiró y pesó estos materiales en el laboratorio (un investigador incluso llevó una muestra con su bicicleta), descubrieron que se endurecían más rápido que los materiales impresos con un método de impresión 3D estándar llamado procesamiento de luz digital (DLP). . Mejor aún: son compatibles e incluso se adhieren a tejidos y órganos animales.

“Ahora podemos imprimir en 3D materiales adhesivos que son lo suficientemente fuertes mecánicamente como para soportar el tejido”, dijo el coautor Matt Davidson, investigador asociado en el laboratorio de Burdick. “Nunca antes habíamos podido hacer eso”.

Cuidado revolucionario

Burdick imagina un día en el que estos materiales impresos en 3D puedan usarse para reparar defectos cardíacos, administrar medicamentos para la regeneración de tejidos directamente a los órganos o cartílagos, prevenir discos abultados o incluso operar en salas de operaciones. aguja y puede suturar.

Su laboratorio ha solicitado una patente provisional y planea comenzar pronto más estudios para comprender mejor cómo reaccionan los tejidos ante la presencia de dichos materiales.

Pero el equipo enfatiza que las implicaciones de su nuevo método podrían extenderse mucho más allá de la medicina: también a la investigación y la fabricación. Por ejemplo, su método elimina la necesidad de energía adicional para reparar o endurecer piezas, lo que hace que el proceso de impresión 3D sea más respetuoso con el medio ambiente.

“Este es un método de procesamiento 3D simple que la gente puede usar eventualmente en sus laboratorios académicos, así como en la industria, para modificar las propiedades mecánicas de los materiales para una variedad de aplicaciones”, dijo el primer autor Abhishek Dhand, investigador del laboratorio de Burdick. Ser mejorado.” y candidato a doctorado en el Departamento de Bioingeniería de la Universidad de Pensilvania. “Resuelve un gran problema de la impresión 3D”.