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Este corazón humano impreso en 3D parece real

Una ingeniosa técnica permite a los científicos escanear un corazón y reconstruirlo en una sopa de gelatina. Es como hacer gelatina, pero mucho más útil para los cirujanos.

En la introducción de la serie de ciencia ficción de HBO, Westworld, una impresora 3D produce robots humanoides, ensamblando con delicadeza las increíbles complejidades de la forma humana para que esos robots puedan seguir -alerta de spoiler- haciendo cosas malas. Después de todo, se necesita mucha coordinación biomecánica para asesinar a un montón de personas de carne y hueso.

Hablando de eso: Los investigadores acaban de dar un salto científico para hacer realidad la impresión de carne y hueso en 3D. En un artículo publicado recientemente en la revista ACS Biomaterials Science & Engineering, un equipo ha descrito cómo han reconvertido una impresora 3D de bajo coste en una capaz de convertir una resonancia magnética de un corazón humano en un análogo deformable a tamaño real que se puede sostener en la mano. Si lo aprietas, cederá como un corazón real. La idea no es hacer realidad algún día los humanoides homicidas de Westworld, sino ofrecer a los cirujanos una forma mejor de practicar con el corazón de un paciente antes de una operación. Este avance podría conducir a la creación de corazones impresos en 3D totalmente funcionales y ofrecer a los desarrolladores de dispositivos médicos una plataforma sin precedentes para probar sus productos.

Los investigadores llaman a su técnica Freeform Reversible Embedding of Suspended Hydrogels, o FRESH. Empiezan con un escáner de un corazón real y traducen los datos a algo que pueda leer una impresora 3D. Como el dispositivo funciona depositando capas de material una sobre otra, pasan la imagen 3D por un programa de corte. “Para cada capa, básicamente se define la trayectoria del material que se va a extrudir y se envía a la impresora”, explica Adam Feinberg, ingeniero biomédico de la Universidad Carnegie Mellon y coautor del nuevo artículo.

Esa impresora produce alginato -un material blando derivado de las algas- que los investigadores eligieron tanto por su bajo coste como por su similitud con las propiedades del tejido cardíaco humano. Pero en lugar de extruirlo en el aire, como haría una impresora 3D normal al construir algo de plástico, esta extruye el corazón falso en un recipiente de gel de soporte, concretamente de gelatina.

“La analogía que tengo es: Imagina que imprimes dentro de una gomina”, dice Feinberg. Piensa en las pequeñas burbujas suspendidas en ese frasco de gel: el material les proporciona suficiente soporte para flotar indefinidamente, o al menos hasta que exprimas el gel del frasco. En este caso, la gelatina ofrece la suficiente holgura para que la aguja de la impresora 3D se deslice a través de ella. “Lo que se extruye se queda incrustado en el lugar, algo así como esas burbujas de aire en la gomina”, dice Feinberg.

Una vez que el órgano ha terminado de imprimirse, los investigadores necesitan una forma de disolver el entramado de gelatina que lo rodea, y utilizan un método conocido. “Creo que mucha gente ha experimentado esto al usar gelatina en la repostería o al hacer chupitos de gelatina”, dice Feinberg. “En realidad es un líquido cuando lo calientas, pero se convierte en un gel sólido cuando lo enfrías. Así que lo aprovechamos”. Cuando están listos para extraer el corazón, todo lo que Feinberg tiene que hacer es elevar el baño a la temperatura corporal, derritiendo el gel de soporte y dejando atrás la estructura impresa en 3D.

Los cirujanos que planifican operaciones ya han utilizado corazones impresos en 3D a partir de escaneos de los propios órganos del paciente. Pero estos se han hecho a la antigua usanza: con plástico duro. Este nuevo corazón de alginato, en cambio, tiene una elasticidad similar a la del tejido real. “Cuando lo aprietas o lo empujas, se deforma en la misma medida, que es obviamente mucho más que una goma dura o un plástico”, dice Feinberg. Esto lo convierte en una herramienta mucho más realista, que permite a los cirujanos, por ejemplo, practicar la sutura, lo que sería imposible en un plástico impenetrable.

3d hearts

Además, el equipo imprimió en 3D una sección separada de una arteria coronaria utilizando la misma técnica para ver si era perfusible, es decir, capaz de transportar sangre. Efectivamente, cuando bombeaban sangre falsa, la arteria retenía el líquido sin perderlo. Es un paso hacia la creación de un corazón con una vasculatura interconectada, dice Feinberg. De este modo, los cirujanos podrían practicar la sutura de las arterias con la sangre aún fluyendo.

Además, este equipo espera poder “celularizar” el corazón impreso, es decir, añadir células de músculo cardíaco humano a la estructura, para que lata como el de verdad. Éstas ya se cultivan en los laboratorios, donde los científicos toman células madre y las diferencian en células cardíacas. El problema, al menos de momento, es que, siendo realistas, sólo pueden fabricar 100 millones de células a la vez. Para un corazón de tamaño normal, se necesitarían 100.000 millones de células. Pero, dice Feinberg, “una vez resuelto esto, ya tenemos esta tecnología de fabricación lista para funcionar”.

Entonces, ¿cuándo podríamos tener órganos bioimpresos en 3D operativos? “La respuesta es más de 10 años”, dice Feinberg. “Tenemos mucho que hacer antes de llegar allí”. Al fin y al cabo, se trata de un órgano intrincadamente vascularizado, por lo que tienen que ampliar el trabajo en la arteria a todo el corazón. Y conseguir que funcione realmente como un músculo requiere avances en la producción de células en el laboratorio.

ventricle of 3d heart

Además, este equipo espera poder “celularizar” el corazón impreso, es decir, añadir células de músculo cardíaco humano a la estructura, para que sea más fácil de usar. Mientras tanto, estas primeras iteraciones del corazón impreso podrían ayudar a los cirujanos a prepararse mejor para las operaciones. “El hecho de que tengan mucha más fidelidad táctil es súper importante”, dice Lillian Su, médico de cuidados intensivos cardíacos que ha estudiado la impresión 3D como herramienta de formación, pero que no participó en este trabajo. Un cirujano podría incluso utilizar un corazón impreso a medida para comunicar a un paciente y a su familia cómo funcionaría una operación. “Creo que ese es realmente el componente novedoso, es esta textura”, añade Su. “Y creo que las familias van a exigir ver cuál será el plan del cirujano para un caso determinado, y eso va a formar parte del proceso de consentimiento”.

En el futuro, los hospitales podrían proporcionar esto de forma barata, ya que un corazón de alginato cuesta quizá 10 dólares en materiales. Feinberg y sus colegas también quieren experimentar con otros materiales. Imprimir un corazón de colágeno lo haría aún más real, ya que el colágeno ya proporciona estructura al cuerpo humano como la proteína que forma los tejidos conectivos. De hecho, en peso seco, nuestro cuerpo tiene más colágeno que cualquier otra cosa. Pero el problema es que el colágeno es bastante más caro: el mismo corazón bioimpreso costaría 2.000 dólares.

Pero en el gran esquema de una compleja operación de corazón, 2.000 dólares es una inversión mínima. “Así que pensamos que hay una serie de aplicaciones en las que el mayor realismo con el colágeno probablemente merezca la pena”, dice Feinberg. “Pero cuando se investiga en un laboratorio -y si se cometen muchos errores al desarrollar la tecnología- nos centramos en el alginato para la primera pasada”.

Vía Wired