Investigadores desarrollan una arteria impresa en 3D con monitoreo integrado

Usando un material compuesto de polímero piezocerámico extruido

Los ingenieros en ciencias de los materiales de la Universidad de Wisconsin-Madison están desarrollando un nuevo injerto de arteria (vaso sanguíneo artificial) impreso en 3D que permite a los médicos y pacientes controlar su salud de forma remota. El vaso implantable, hecho de un compuesto flexible y capaz de ser monitorizado en tiempo real, se describe en un nuevo estudio publicado en la revista Advanced Functional Materials por el profesor de la UW-Madison Xudong Wang y el estudiante de postgrado Jun Li.

Cuando los cirujanos reemplazan parte de un vaso sanguíneo – algo que hacen en 450.000 pacientes al año en los Estados Unidos para tratar coágulos de sangre, enfermedades coronarias, daños por apoplejía y más – el vaso injertado es monitoreado por tomografías computarizadas, ultrasonidos y otras costosas técnicas de imagen. A pesar de todo ese esfuerzo, entre el 40% y el 50% de esos injertos fallan.

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El vaso sanguíneo artificial implantable, impreso en 3D, está hecho de un compuesto flexible y capaz de ser monitoreado en tiempo real.

“Este vaso artificial puede producir pulsos eléctricos basados en la fluctuación de la presión, lo que permitirá conocer con precisión la presión sanguínea del vaso sin necesidad de utilizar ninguna fuente de energía adicional”, dice Wang. “Y debido a la geometría tridimensional, el perfil del pulso eléctrico será capaz de decir si hay un movimiento irregular debido a un bloqueo en el interior en las primeras etapas.”

El proyecto Artery surge del interés de Wang por la investigación a largo plazo en nuevos materiales blandos y flexibles que son piezoeléctricos (capaces de producir una carga eléctrica a partir de un esfuerzo mecánico) y biocompatibles (capaces de ser utilizados en el cuerpo humano sin causar rechazo o daños).

El equipo combinó nanopartículas piezoeléctricas de niobite de sodio y potasio con un polímero de fluoruro de polivinilideno que es ferroeléctrico, o capaz de invertir la polaridad cuando se aplica un campo eléctrico. Luego imprimieron una arteria tubular utilizando el material y una impresora 3D de serie. La impresora extruye el material a través de un fuerte campo eléctrico cerca de la boquilla para polarizar las partículas de cerámica, dando a la estructura su propiedad piezoeléctrica.

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Li puso la arteria artificial a través de sus pasos, conectándola a un sistema de corazón artificial antes de simular bloqueos, alta presión sanguínea y otros problemas que enfrentan los vasos sanguíneos artificiales. El material autoalimentado fue capaz de detectar correctamente los cambios de fuerza y presión dentro de la arteria.

El siguiente paso de los investigadores es optimizar la producción del nuevo compuesto ferroeléctrico y el proceso de impresión en 3D. El equipo también quiere encontrar formas de hacer que la estructura impresa en 3D sea aún más sensible y planea colaborar con los investigadores del campo biomédico para probar la arteria con modelos aún más realistas del sistema circulatorio.

Además, esperan utilizar el nuevo material para imprimir válvulas cardíacas artificiales. Las válvulas cardíacas de reemplazo son típicamente mecánicas o tomadas de donantes humanos o animales, y ninguna incorpora el tipo de auto-monitoreo encontrado en el material de Wang. El equipo, que incluye colaboradores de la Escuela de Medicina y Salud Pública de la UW-Madison y de la Universidad de Zhejiang en China, cree que en el futuro puede ser posible utilizar el biomaterial ferroeléctrico y la impresora 3D para crear otros órganos artificiales personalizados.

Aunque los investigadores están trabajando en muchos otros tipos de vasos sanguíneos y órganos artificiales, Wang cree que esta técnica tiene algunas ventajas sobre otras técnicas más complicadas. “Esta es una tecnología fácil y escalable”, dice. “Nuestro nuevo material compuesto imprimible nos permite hacer una estructura 3D en un solo paso que puede mostrar multifuncionalidad desde su fabricación”. Enlace al proyecto.

 

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