Un equipo de investigadores dirigido por la Universidad de Minnesota tiene modelos de órganos artificiales realistas impresos en 3D que imitan la estructura anatómica exacta, las propiedades mecánicas y la apariencia de órganos reales. Estos modelos de órganos específicos del paciente, que incluyen sensores blandos integrados,puede usarse para practicar cirugías para mejorar los resultados quirúrgicos en miles de pacientes en todo el mundo.
La investigación fue publicada hoy en la revista Tecnologías avanzadas de materiales . Los investigadores están presentando una patente sobre esta tecnología.
"Estamos desarrollando modelos de órganos de próxima generación para la práctica preoperatoria. Los modelos de órganos que estamos imprimiendo en 3D son una réplica casi perfecta en términos de la apariencia del órgano de un individuo, utilizando nuestras impresoras 3D personalizadas".dijo el investigador principal Michael McAlpine, profesor asociado de ingeniería mecánica en la Facultad de Ciencias e Ingeniería de la Universidad de Minnesota y galardonado en 2017 con el Premio Presidencial de Carrera Temprana para Científicos e Ingenieros PECASE.
"Creemos que estos modelos de órganos podrían 'cambiar el juego' para ayudar a los cirujanos a planificar y practicar mejor la cirugía. Esperamos que esto salve vidas al reducir los errores médicos durante la cirugía", agregó McAlpine.
McAlpine dijo que su equipo fue contactado originalmente por el Dr. Robert Sweet, un urólogo de la Universidad de Washington que trabajó anteriormente en la Universidad de Minnesota. Sweet estaba buscando modelos impresos en 3D más precisos de la próstata para practicar cirugías.
Actualmente, la mayoría de los modelos de órganos impresos en 3D se fabrican con plásticos duros o gomas. Esto limita su aplicación para la predicción precisa y la replicación del comportamiento físico del órgano durante la cirugía. Hay diferencias significativas en la forma en que estos órganos se ven y se sienten en comparación con su biológicocontrapartes. Pueden ser demasiado difíciles de cortar o suturar. También carecen de la capacidad de proporcionar retroalimentación cuantitativa.
En este estudio, el equipo de investigación tomó imágenes de resonancia magnética y muestras de tejido de próstatas de tres pacientes. Los investigadores probaron el tejido y desarrollaron tintas personalizadas a base de silicona que se pueden "ajustar" para que coincidan con precisión las propiedades mecánicas del tejido prostático de cada paciente.Los investigadores de la Universidad de Minnesota utilizaron estas tintas únicas en una impresora 3D personalizada. Luego, los investigadores colocaron sensores blandos impresos en 3D en los modelos de órganos y observaron la reacción de las próstatas durante las pruebas de compresión y la aplicación de diversos procedimientos quirúrgicos.herramientas.
"Los sensores podrían dar a los cirujanos información en tiempo real sobre cuánta fuerza pueden usar durante la cirugía sin dañar el tejido", dijo Kaiyan Qiu, investigador postdoctoral de ingeniería mecánica de la Universidad de Minnesota y autor principal del artículo. "Esto podría cambiarcómo piensan los cirujanos sobre la medicina personalizada y la práctica preoperatoria "
En el futuro, los investigadores esperan usar este nuevo método para imprimir en 3D modelos realistas de órganos más complicados, usando tintas múltiples. Por ejemplo, si el órgano tiene un tumor o una deformidad, los cirujanos podrían ver eso en un pacientemodelo específico y prueba varias estrategias para extirpar tumores o corregir complicaciones. También esperan algún día explorar aplicaciones más allá de la práctica quirúrgica.
"Si pudiéramos replicar la función de estos tejidos y órganos, algún día podríamos incluso crear 'órganos biónicos' para trasplantes", dijo McAlpine. "Yo llamo a esto el proyecto 'Human X'. Suena un poco comociencia ficción, pero si estos órganos sintéticos se ven, se sienten y actúan como tejidos u órganos reales, no vemos por qué no pudimos imprimirlos en 3D a pedido para reemplazar los órganos reales ".
Además de McAlpine, Qiu y Sweet, el equipo de investigación de 17 personas incluyó a Ghazaleh Haghiashtiani, Shuang-Zhuang Guo, Ruitao Su, Zhijie Zhu, Fanben Meng, Sung Hyun Park del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Minnesota; Zichen Zhaodel Instituto WWAMI de Simulación en Salud de la Universidad de Washington; Badrinath R. Konety del Departamento de Urología de la Universidad de Minnesota; Mingyu He y Chih-Chang Chu de los Programas de Ciencia Biomédica e Ingeniería Biomédica de la Universidad de Cornell; Didarul B. Bhuiyan y Brenda M.Ogle, del Departamento de Ingeniería Biomédica de la Universidad de Minnesota; Daniel A. Saltzman, del Departamento de Cirugía de la Universidad de Minnesota; y Paari Murugan, del Departamento de Medicina y Patología de Laboratorio de la Universidad de Minnesota.
Los investigadores utilizaron el Centro de Caracterización de la Universidad de Minnesota, el Centro de Caracterización de Polímeros, el Laboratorio de Mecánica de Tejidos, el Centro de Dispositivos Médicos Earl E. Bakken, el SimPORTAL y el equipo de IRM del Departamento de Radiología. El equipo de investigación también recibió asistencia de simulación FEM de ANSYS, C ª.
Esta investigación fue financiada principalmente por los Institutos Nacionales de Salud NIH, incluidos el Instituto Nacional de Imagen Biomédica y Bioingeniería y el Instituto Nacional del Corazón, los Pulmones y la Sangre. McAlpine tiene el Profesor Asociado Benjamin Mayhugh de Ingeniería Mecánica en la Universidad deMinnesota-Twin Cities, que también apoya su investigación.
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Materiales proporcionado por Universidad de Minnesota . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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