El corazón bioimpreso en 3D, una nueva herramienta para los cirujanos

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PITTSBURGH, 19 de noviembre de 2020 /PRNewswire/ -- El profesor de Ingeniería biomédica de Carnegie Mellon University, Adam Feinberg, y su equipo han creado el modelo de corazón humano bioimpreso 3D de tamaño completo utilizando su técnica Freeform Reversible Embedding of Suspended Hydrogels (FRESH). Mostrado en un vídeo reciente por la American Chemical Society y creado de datos MRI utilizando una impresora 3D especialmente integrada, el modelo imita la elasticidad del tejido cardiaco y sutura realísticamente. Este hito representa la culminación de dos años de investigación, manteniendo una promesa inmediata para cirujanos y médicos, así como implicaciones a largo plazo para el futuro de investigación de órganos biodiseñados.

La técnica FRESH de bioimpresión 3D se inventó en el laboratorio de Feinberg para cubrir una demanda no atendida de polímeros suaves impresos en 3D, que carecen de la rigidez para permanecer sin soporte como en una impresión normal. La impresión FRESH 3D utiliza una aguja para inyectar biotinta en un baño de hidrogel suave, que apoya el objeto mientras pinta. Una vez terminado, una sencilla aplicación de calor causa que el hidrogel se funda, dejando solo el objeto bioimpreso en 3D.  

Aunque el laboratorio de Feinberg ha demostrado la versatilidad y fidelidad de la técnica FRESH, el principal obstáculo para alcanzar este hito fue imprimir un corazón humano a escala completa. Esto requirió la construcción de una nueva impresora en 3D hecha a medida para mantener un baño de soporte de gel suficiente para imprimir al tamaño deseado, así como cambios de software menores para mantener la agilidad y fidelidad de la impresión.

Los grandes hospitales a menudo tienen instalaciones para modelos de impresión 3D del cuerpo de un paciente para ayudar a los cirujanos a informar a los pacientes y planificar el procedimiento real; sin embargo, estos tejidos y órganos solo pueden modelarse en plástico duro o caucho. El corazón del equipo de Feinberg está hecho de polímero natural suave llamado alginata, dándole propiedades similares al tejido cardiaco real. Para los cirujanos, esto permite la creación de modelos que pueden cortar, suturar y ser manipulados de maneras similares a un corazón real. El objetivo inmediato de Feinberg es empezar a trabajar con cirujanos y médicos para afinar su técnica y asegurar que esté lista para el entorno hospitalario.

"Ahora podemos construir un modo que no solo permita la planificación visual, sino que permita la práctica física", explicó Feinberg. "El cirujano puede manipularlo y que responda como tejido real, de forma que cuando entren en el sitio de operación tengan una capa adicional de práctica realista en ese entorno".

Este documento representa otro marcador importante en el largo camino hacia la bioingeniería de un órgano humano funcional. Los andamios biocompatibles suaves como el creado por el grupo de Feinberg podrían un día ofrecer una estructura a la que se adhieran las células y formar un sistema de órganos, colocando a la biomedicina un paso más cerca de la capacidad para reparar o reemplazar el conjunto de órganos humanos.

"Aunque aún existen grandes obstáculos en bioimpresión de un corazón humano funcional de tamaño completo, estamos orgullosos de ayudar a establecer su trabajo de base utilizando la plataforma FRESH mientras mostramos aplicaciones inmediatas para la simulación quirúrgica realista", añadió Eman Mirdamadi, autor líder de la publicación.

Publicado en ACS Biomaterials Science and Engineering, el documento fue co-escrito por los alumnos de Feinberg: Joshua W. Tashman, Daniel J. Shiwarski, Rachelle N. Palchesko; y el antiguo alumno Eman Mirdamadi.

Photo - https://mma.prnewswire.com/media/1337962/Carnegie_Mellon_University_3D_Heart.jpg