Pinzas acústicas pueden hacer que la impresión en 3-D de los órganos en una realidad

Desde hace aproximadamente una década, los científicos han especulado que podría algún día será posible la construcción de órganos a la carta con una máquina que funciona algo así como el replicador de Star Trek. Una innovación reciente puede recorrer un largo camino para hacer esto posible.

La tecnología de impresión de 3-D se ha convertido en algo que la gente común puede permitirse. Con las impresoras básicas en 3-D que se venden a un precio de sólo $ 400 / 500 € o así, muchos aficionados de casa se divierten haciendo que los objetos simples a partir de bobinas de plástico líquido establecidos en capas de 0,5 ml una capa a la vez.

Impresión en 3-D ya es una realidad en medicina

impresión en 3-D también ha encontrado un nicho en la medicina. Los cirujanos utilizan modelos en 3-D de los órganos internos de sus pacientes para practicar operaciones difíciles. Cuando el Dr. John Meara, del Hospital Infantil de Boston, estaba llamado a hacer una operación complicada para mover los ojos de Violeta Pietrok, de un año de edad, que tenía una malformación congénita llamada hendidura Tessier que puso sus ojos en el lado de su cara, convenció a colegas que utilizan imágenes de resonancia magnética del cráneo y los huesos faciales para hacer un modelo en 3-D de su cabeza para poder entender completamente que los huesos que necesitaba para moverse. A un costo de solo $ 1,200 / 1,300 € cada una, se realizaron cuatro modelos de los huesos, cada una con precisión de menos de un pelo. Los modelos permiten a Meara a averiguar cómo mover los huesos de manera que las cuencas de los ojos estaban lo suficientemente cerca, pero no demasiado cerca, para corregir la visión de la niña sin seccionar el nervio óptico. El procedimiento fue exitoso, y ahora el Hospital Infantil de Boston tiene un simulador de programa pediátrico y una impresora 3-D que corre casi al final del partido en su sótano.

Dispositivos médicos que salvan vidas de los pacientes

impresión de tres-D también se ha utilizado para hacer aparatos médicos únicos. Garrett Peterson nació a sus padres y Jake Natalie en Layton, Utah en 2012. Garrett tenía una tráquea defectuosa. Una y otra vez su tráquea se derrumbó, y otra que tenía que tener la resucitación de emergencia. Garrett pasó el primer año de su vida en una UCI, y sus médicos no estaban seguros de cuánto tiempo de que pudieran mantenerla con vida. A continuación, Jake y Natalie se enteraron de médicos de la Universidad de Michigan que estaban usando impresoras 3-D para hacer pequeños dispositivos que ellos llaman "tablillas" que pueden mantener la laringe abierta. Sus médicos fueron capaces de obtener planes para una férula, duplicarlo con una impresora 3-D, e implantarlo en Garrett. En un par de semanas finalmente fue capaz de volver a casa para vivir con su familia.

Los robots biológicos

En la Universidad de Illinois el investigador Vicente Chan siquiera ha sido capaz de hacer pequeños "robots biológicos" de una combinación de células musculares y de gel que tienen la capacidad de viajar por todo el cuerpo, llevando sensores y / o entrega de medicamentos. El método de Chan utiliza la impresora 3-D para fijar el gel en el patrón correcto. Luego se añade una sopa de las células musculares y les permite "nadar" en el lugar adecuado en el órgano. Sólo hay un problema con la técnica. Las células no necesariamente se mueven a donde tienen que ir. Ahí es donde una innovación reciente llamada "pinzas acústicas" entra en acción.

El uso de ultrasonido para mover las células alrededor para asegurarse el funcionamiento correcto de órganos

Un equipo de investigadores de la Universidad Estatal de Pensilvania y el MIT cree que pueden tener la solución al problema de las células que se encuentran fuera de lugar. No es posible recoger las células individuales, incluso con pinzas pequeñas, pero puede ser posible moverlas con un dispositivo que están llamando "pinzas acústicas."

Decenas de millones de aficionados a la ciencia ficción conocen el Dr. Who que hace cosas increíbles con su "destornillador sónico". Mientras que el destornillador sónico de ficción puede derretir las puertas de acero y mover naves espaciales, las pinzas acústicas ahora muy reales pueden mover los materiales a lugares precisos a nivel microscópico.

El Santo Grial de la impresión en 3-D ha estado imprimiendo órganos elaborados a partir de células humanas. Las materias primas para los órganos de 3-D no serían, al menos en teoría, ser tan difícil de adquirir. Incluso en los adultos, las células madre de un paciente se podrían utilizar para hacer cantidades masivas de los tipos de células necesarios para hacer un órgano. Ciertos tipos de tejidos ya han sido 3-D impreso, aunque el tejido conjuntivo de un órgano de cadáver (que no será rechazada cuando se trasplanta) tiene que ser utilizado para el andamio sobre el que se colocan las células.

Utilizando suaves vibraciones para formar tejidos y órganos a partir de células individuales

La tecnología de las pinzas acústica utiliza vibraciones suaves para crear gradientes de presión que se mueven las células en los lugares que necesitan para estar en 3-D órganos humanos impresos. Estas vibraciones implican muy, muy pequeñas cantidades de energía, menos de una diezmillonésima parte de la potencia que sería ejercida por un láser de baja potencia. El uso de un tipo de ultrasonido, las pinzas acústicas se pueden mover las células de los individuos sin tocarlos, sin contaminación, y sin la necesidad de procedimientos complejos para etiquetarlos antes de colocarlos en un órgano. No tienen ningún efecto sobre la viabilidad celular, la funcionalidad, o la expresión genética. El dispositivo no tiene partes móviles, y no tiene que configurar para cada uso. Se puede mover una sola célula en su posición en un órgano, la secuenciación de miles de millones de células en una configuración tridimensional.

¿Qué tiene de especial la tecnología de las pinzas acústica y cómo lo puedo usar?

El gran avance que hace posible unas pinzas acústicas es una comprensión de los patrones de sonido en función de tres dimensiones en lugar de sólo dos. Las pinzas producen nodos, zonas de presión mínima, y ​​antinodos, zonas de máxima presión. Como un sistema de tiempo en miniatura, estos nodos y antinodos se pueden mover de manera que la posición puede objetos en tres dimensiones.

Una de las principales ventajas de esta tecnología es que puede utilizar una variedad de células sin tener que ordenar previamente. Éste es un gran avance para la impresión en 3-D de los órganos, pero hay muchos otros usos potenciales.

• El estudio de la arquitectura de 3-D de un tumor canceroso en 3-D impreso, para ver cómo el tumor crece y se extiende.
• La comprensión de cómo los órganos se remodelan a sí mismos después de las lesiones, la reparación de las deficiencias y conexiones rotas causadas por trauma o enfermedad.
• La comprensión de cómo los órganos utilizan células madre incluso en la edad adulta para luchar contra los estragos del envejecimiento.
• Limpieza de la sangre que tiene que ser recirculado en el cuerpo durante las cirugías largas y complejas en las que la transfusión no puede seguir el ritmo de la hemorragia. Durante la cirugía de derivación, la sangre de la cirugía se recoge de la cavidad torácica y se envía de nuevo en circulación, pero puede recoger partículas de grasa que pueden causar un accidente cerebrovascular. Las pinzas ópticas acústica puede ser capaz de eliminar estas partículas de grasa de la sangre circulante. Esta tecnología también puede hacer que sea posible compensar la hemorragia durante la cirugía sin transfusiones en absoluto.
• La eliminación de las enfermedades de transmisión en transfusiones de sangre.
• La eliminación de problemas de incompatibilidad de grupo sanguíneo durante las transfusiones de sangre.
• Extracción de los microorganismos de la sangre para el tratamiento de la septicemia.
• Extracción de compuestos inflamatorios o factores de coagulación de la sangre en un paciente vivo.
• Impresión de las redes neuronales para regenerar la función nerviosa o incluso para la regeneración cerebral.

Se ha alcanzado la prueba de concepto para esta tecnología. Beneficios reales de la tecnología acústica de las pinzas están ya con nosotros.