Los cirujanos pronto tendrán una nueva y poderosa herramienta para la planificación y la práctica con la creación del primer modelo bioimpreso en 3D de tamaño completo del corazón humano.
El profesor de Ingeniería Biomédica Adam Feinberg y su equipo han creado el primer modelo de corazón humano bioimpreso en 3D de tamaño completo utilizando su técnica Freeform Reversible Embedding of Suspended Hydrogels (FRESH). El modelo, creado a partir de datos de resonancia magnética utilizando una impresora 3D especialmente construida, imita de manera realista la elasticidad del tejido cardíaco y las suturas. Este hito representa la culminación de dos años de investigación, lo que promete tanto a los cirujanos como a los médicos, así como implicaciones a largo plazo para el futuro de la investigación de órganos de bioingeniería.
La técnica FRESH de bioimpresión 3D se inventó en el laboratorio de Feinberg para satisfacer una demanda no satisfecha de polímeros blandos impresos en 3D, que carecen de la rigidez para resistir sin soporte como en una impresión normal. La impresión FRESH 3D utiliza una aguja para inyectar biotinta en un baño de hidrogel blando, que sostiene el objeto mientras se imprime. Una vez terminado, una simple aplicación de calor hace que el hidrogel se derrita, dejando solo el objeto bioimpreso en 3D.
Si bien el laboratorio de Feinberg ha demostrado tanto la versatilidad como la fidelidad de la técnica FRESH, el mayor obstáculo para lograr este hito fue imprimir un corazón humano a gran escala. Esto requirió la construcción de una nueva impresora 3D hecha a medida para sostener un baño de soporte de gel lo suficientemente grande como para imprimir en el tamaño deseado, así como pequeños cambios de software para mantener la velocidad y fidelidad de la impresión.
Los hospitales importantes a menudo tienen instalaciones para modelos de impresión 3D del cuerpo de un paciente para ayudar a los cirujanos a educar a los pacientes y planificar el procedimiento real; sin embargo, estos tejidos y órganos solo se pueden modelar en plástico duro o goma. El corazón del equipo de Feinberg está hecho de un polímero natural suave llamado alginato, lo que le confiere propiedades similares al tejido cardíaco real. Para los cirujanos, esto permite la creación de modelos que pueden cortar, suturar y manipular de manera similar a un corazón real. El objetivo inmediato de Feinberg es comenzar a trabajar con cirujanos y médicos para afinar su técnica y asegurarse de que esté lista para el entorno hospitalario.
"Ahora podemos construir un modelo que no solo permite la planificación visual, sino que también permite la práctica física", dice Feinberg. "El cirujano puede manipularlo y hacer que realmente responda como tejido real, de modo que cuando ingresen al sitio de operación tengan una capa adicional de práctica realista en ese entorno".
Esto representa otro hito importante en el largo camino hacia la bioingeniería de un órgano humano funcional. Los andamios blandos y biocompatibles como el creado por el grupo de Feinberg pueden algún día proporcionar la estructura sobre la cual las células se adhieren y forman un sistema de órganos, colocando a la biomedicina un paso más cerca de la capacidad de reparar o reemplazar órganos humanos completos.
“Si bien aún existen obstáculos importantes en la bioimpresión de un corazón humano funcional de tamaño completo, estamos orgullosos de ayudar a establecer su base fundamental utilizando la plataforma FRESH mientras mostramos aplicaciones inmediatas para la simulación quirúrgica realista”, agregó Eman Mirdamadi, autor principal de la publicación.
Más información: Eman Mirdamadi et al. FRESH 3D Bioprinting a Full-Size Model of the Human Heart. ACS Biomaterials Science & Engineering (2020). https://doi.org/10.1021/acsbiomaterials.0c01133
Nota original: Carnegie Mellon University