El nuevo proceso de impresión 3D ayuda a construir partes del cuerpo artificiales y otros dispositivos médicos hechos a medida



Utilizando un nuevo proceso de impresión 3D, los investigadores de la Universidad de Nottingham han descubierto cómo personalizar partes artificiales del cuerpo y otros dispositivos médicos con funciones integradas que ofrecen una mejor forma y durabilidad, al mismo tiempo que reducen el riesgo de infección bacteriana.

La mayoría de los dispositivos médicos producidos en masa no satisfacen completamente las necesidades únicas y complejas de sus usuarios. De manera similar, los métodos de impresión 3D de un solo material tienen limitaciones de diseño que no pueden producir un dispositivo a medida con múltiples funciones biológicas o mecánicas “.

Dr. Yinfeng He, líder del estudio, Centro de Fabricación Aditiva

“Pero por primera vez, utilizando una técnica de impresión 3D de múltiples materiales asistida por computadora, demostramos que es posible combinar funciones complejas dentro de un dispositivo de atención médica personalizado para mejorar el bienestar del paciente”.

La esperanza es que el proceso de diseño innovador se pueda aplicar para imprimir en 3D cualquier dispositivo médico que necesite formas y funciones personalizables.

Por ejemplo, el método podría adaptarse para crear un miembro o articulación protésica de una sola pieza muy a medida para reemplazar un dedo o pierna perdidos que pueda adaptarse perfectamente al paciente para mejorar su comodidad y la durabilidad de la prótesis; o imprimir píldoras personalizadas que contienen múltiples medicamentos, conocidas como polipíldoras, optimizadas para su liberación en el cuerpo en una secuencia terapéutica prediseñada.

Mientras tanto, la población que envejece está aumentando en el mundo, lo que lleva a una mayor demanda de dispositivos médicos en el futuro. El uso de esta técnica podría mejorar la salud y el bienestar de las personas mayores y aliviar la carga financiera del gobierno.

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Cómo funciona

Para este estudio, los investigadores aplicaron un algoritmo informático para diseñar y fabricar, píxel por píxel, objetos impresos en 3D compuestos de dos materiales poliméricos de diferente rigidez que también previenen la acumulación de biopelículas bacterianas. Al optimizar la rigidez de esta manera, lograron con éxito piezas con formas y tamaños personalizados que ofrecen la flexibilidad y resistencia necesarias.

Los reemplazos de articulaciones de dedos artificiales actuales, por ejemplo, usan partes de silicona y metal que ofrecen al usuario un nivel estandarizado de destreza, sin dejar de ser lo suficientemente rígidas para implantarse en el hueso. Sin embargo, como demostrador del estudio, el equipo pudo imprimir en 3D una articulación del dedo que ofrecía estos requisitos duales en un solo dispositivo, al mismo tiempo que podía personalizar su tamaño y resistencia para satisfacer los requisitos individuales del paciente.

De manera emocionante, con un nivel adicional de control de diseño, el equipo pudo realizar su nuevo estilo de impresión 3D con múltiples materiales que son intrínsecamente resistentes a las bacterias y biofuncionales, lo que les permite ser implantados y combatir infecciones (que pueden ocurrir). durante y después de la cirugía) sin el uso de antibióticos añadidos.

El equipo también utilizó una nueva técnica de caracterización de alta resolución (3D orbitSIMS) para mapear en 3D la química de las estructuras de impresión y probar la unión entre ellas en toda la pieza. Esto identificó que, a escalas muy pequeñas, los dos materiales se entremezclaban en sus interfaces; una señal de buena unión, lo que significa que es menos probable que se rompa un mejor dispositivo.

El estudio fue realizado por el Centro de Fabricación Aditiva (CfAM) y financiado por el Consejo de Investigación en Ingeniería y Ciencias Físicas. Los hallazgos completos se publican en Ciencia avanzada, en un artículo titulado: ‘Explotación del diseño generativo para la impresión 3D de dispositivos compuestos resistentes a biopelículas bacterianas’.

Antes de comercializar la técnica, los investigadores planean ampliar sus usos potenciales probándola en materiales más avanzados con funcionalidades adicionales como el control de las respuestas inmunes y la promoción de la unión de las células madre.

Fuente:

Referencia de la revista:

Oye., et al. (2021) Aprovechamiento del diseño generativo para la impresión 3D de dispositivos compuestos resistentes a biopelículas bacterianas. Ciencia avanzada. doi.org/10.1002/advs.202100249.

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