Como por arte de magia, se podrían construir dentro del cuerpo elementos de reemplazo para huesos y tejidos: los investigadores han desarrollado una «tinta» especial que puede transformarse en estructuras 3D biocompatibles en los tejidos mediante irradiación con ondas ultrasónicas enfocadas. Los desarrolladores ya han conseguido demostrar de forma impresionante el potencial del proceso mediante varios ejemplos de aplicación.
La impresión 3D está en auge: en los últimos años se han desarrollado muchos procesos interesantes para producir estructuras complejas a partir de muchos materiales diferentes. La mayoría confía en aplicar sustancias en capas o pasos para producir gradualmente la estructura tridimensional deseada. Además, ya se ha desarrollado un proceso alternativo que no requiere una base estable: se crean objetos tridimensionales en un volumen de tinta fotosensible. Los rayos exactamente enfocados hacen que la sustancia se endurezca en determinados puntos.
En este concepto, sin embargo, la tinta debe ser transparente y no debe quedar oscurecida por los objetos, para que los rayos de luz puedan garantizar el secado en el punto focal. Pero ahora un equipo de investigadores estadounidenses ha desarrollado un proceso que puede sortear esta limitación. En lugar de luz, utilizan ondas ultrasónicas, conocidas por su potencial penetrante pero suave, para curar la tinta. Su método de impresión, llamado “impresión volumétrica acústica de penetración profunda”, se basa en el desarrollo de la llamada tinta sónica hecha de componentes biológicamente compatibles. Es una sustancia de hidrogel que contiene micropartículas y moléculas especiales que responden a las ondas ultrasónicas.
Ondas sonoras enfocadas en lugar de brillantes.
“El sistema se basa en un efecto sonotérmico, que se produce cuando las ondas sonoras son absorbidas y por tanto aumentan la temperatura. Esto conduce al endurecimiento de nuestra tinta”, explica el coautor Junjie Yao, de la Universidad de Duke en Durham. «Las ondas ultrasónicas pueden penetrar más de 100 veces más profundamente que la luz y aún así estar confinadas en el espacio, lo que nos permite alcanzar tejidos, huesos y órganos con alta precisión espacial a los que no se puede acceder con métodos de impresión basados en luz», dice Yao.
El proceso del concepto es concreto: la tinta sónica viscosa se inyecta con una jeringa en el lugar de uso. Luego se envían ondas ultrasónicas enfocadas al volumen de tinta mediante una sonda de presión ultrasónica especial. Gracias al efecto de endurecimiento al fuego, se pueden crear las estructuras deseadas moviendo la sonda de presión ultrasónica. Dependiendo de la intensidad de la irradiación y de la formulación de la tinta se pueden obtener diferentes grados de dureza. Por ejemplo, se pueden crear estructuras tridimensionales con la dureza del material óseo o estructuras más flexibles que se pueden combinar con órganos. «Una vez que la estructura está completa, la tinta restante no solidificada se puede eliminar con una jeringa», dice el coautor Shrike Zhang de la Facultad de Medicina de Harvard en Cambridge.
Dependiendo del uso previsto, Sono-Ink también se puede optimizar con ciertos ingredientes adicionales, dicen los desarrolladores: si, por ejemplo, se desea crear una estructura para favorecer la curación de un hueso o para compensar la pérdida ósea, se puede utilizar mineral óseo. Puede agregar partículas a la tinta. También puede establecer la duración del objeto 3D. Para algunas aplicaciones puede estar diseñado para ser robusto y para otras puede disolverse nuevamente una vez que se haya completado su función.
Potencial demostrado
El equipo ya ha demostrado el potencial del proceso a través de tres aplicaciones de ejemplo: en el primer uso, la tinta se utilizó para sellar una sección de un corazón de cabra extraído. La tinta sónica se llevó al sitio mediante un catéter. A continuación, el material se endureció mediante ondas ultrasónicas enfocadas a través del tejido de cobertura. Según los investigadores, no hubo signos de daño tisular en el órgano circundante. Una vez completado el proceso, la estructura se adhirió al tejido del corazón y fue lo suficientemente flexible como para soportar movimientos que imitan los latidos del corazón.
A continuación, el equipo probó el potencial del procedimiento para la regeneración ósea. Se utilizó como modelo una pierna de pollo rota. También en este caso, la tinta sónica pulverizada en el punto de acción podría transformarse, activando los ultrasonidos desde el exterior, en un material de conexión entre las superficies de la fractura, sin dañar el tejido circundante. La tercera posible aplicación probada por el equipo fue un proceso especial para liberar continuamente fármacos desde un depósito en el cuerpo. Los investigadores agregaron un fármaco de quimioterapia común a su tinta y lo aplicaron al tejido hepático experimental. Luego utilizaron la sonda para endurecer el material y convertirlo en un hidrogel que libera lentamente el ingrediente activo y permite que se propague al tejido hepático.
Según los investigadores, los resultados de las tres pruebas son muy prometedores y también son concebibles otras posibles aplicaciones del concepto. «Como podemos imprimir a través de tejido, esto abre muchas aplicaciones potenciales en cirugía y terapia que tradicionalmente requieren métodos muy invasivos y disruptivos», dice Yao. «Este trabajo abre un nuevo y apasionante camino en el mundo de la impresión 3D y esperamos seguir explorando el potencial de esta herramienta». Sin embargo, en conclusión, los científicos señalan que aún queda mucho por investigar: «Todavía estamos muy lejos de lograrlo. «Esperamos llevar esta herramienta a la clínica, pero nuestras pruebas hasta ahora ciertamente han resaltado el potencial de esta tecnología”, concluyó Zhang.
Fuente: Universidad de Duke, artículo especializado: Science, doi: 10.1126/science.adi1563
