Impresora 3D con cabezal de jeringa doble para uso en biotecnología

Redacción
Sábado, 02 Julio 2016
Impresora 3D con cabezal de jeringa doble para uso en biotecnología

El Ministerio argentino de Ciencia, Tecnología e Innovación Productiva, a través de la Subsecretaría de Políticas, impulsa diferentes acciones vinculadas al apoyo y difusión de la impresión 3D y en la convocatoria a proyectos de innovación y desarrollo adjudicó  hasta $60.000 a 10 proyectos (de un total de 52 recibidos).

Uno de los proyectos beneficiados fue el presentado por Sergio Katz, que lidera el titulado “Diseño y desarrollo de impresora 3D con cabezal de jeringa doble para uso en biotecnología como herramienta de bioprinting”, en el Laboratorio de Investigación y Formación en Informática Aplicada (LIFIA), de la Universidad Nacional de La Plata, en conjunto con el Laboratorio de Nanobiomateriales del Centro de Investigación y Desarrollo en Fermentaciones Industriales (CINDEFI), dependiente de esa universidad y el CONICET.

El objetivo consiste en  imprimir, utilizando esta tecnología, piezas biocompatibles que puedan ser utilizadas para sustituir tejidos u órganos del cuerpo humano y así resolver uno de los mayores desafíos de la medicina a nivel mundial.

“Para llevar a cabo este desarrollo se utilizó una impresora 3D Open Hardware, cuya tecnología de impresión es Modelado por Deposición Fundida y a la que se le modificó el sistema de cabezal, logrando una nueva plataforma que controla un sistema dual de jeringas que permite el dosaje simultáneo de moléculas con capacidad de autoensamblado para brindar una mayor homogeneidad al sistema, imprimir biopolímeros con formas geométricas específicas y combinarlos para crear nuevas formas”, comenta el especialista en informática Sergio Katz, líder del proyecto.

Para entender el funcionamiento de una impresora 3D es necesario saber que va depositando el material capa por capa, y se obtiene un objeto en tres dimensiones. En cada capa, un cabezal se va moviendo sobre los ejes X e Y (hacia adelante, atrás, hacia la derecha y a hacia la izquierda) y mientras se mueve va depositando material sobre la capa anterior, o sobre una base en el caso de la primera capa. Estos movimientos se realizan gracias a un software que se encarga de analizar la forma geométrica del objeto tridimensional y lo descompone en capas bidimensionales, así, al depositar el material capa por capa se logra construir físicamente un objeto en tres dimensiones.

Impresora 3D con cabezal de jeringa doble para uso en biotecnología

En el caso de las impresoras 3D convencionales, imprimen a partir de un filamento plástico que se va derritiendo a medida que es expulsado del cabezal (o extrusor). Esta tecnología de impresión se denomina Fused Deposited Modeling (FDM).

“En este proyecto, la idea era aprovechar las características de precisión y automatización de  movimientos para diseñar un sistema capaz de controlar la deposición de biopolímeros. Se diseñó y desarrolló un nuevo cabezal que, en lugar de extruir plástico, permitiera expulsar biopolímeros para crear objetos previamente diseñados digitalmente. Este desarrollo permite controlar hasta dos jeringas, haciendo que cada una de ellas expulse una solución líquida diferente”, agrega Katz.

El equipo que trabaja en esta iniciativa, está compuesto además por los especialistas Bernardo Bayon, Maximilano Cacicedo, German Islan, y Guillermo Castro, del CINDEFI, como parte de la línea de estudio de biocatálisis en medios no convencionales y liberación controlada de moléculas empleando biopolímeros.

“Una vez desarrollada la nueva impresora comenzamos con las pruebas. En este estudio, preparamos dos soluciones de alginato y calcio con agua. Al poner en contacto el alginato y el calcio forman un gel (y se denomina gelación inotrópica, porque son los iones los que unen las cadenas poliméricas). Con este tipo de sistema se pueden imprimir otros biopolímeros para formar geles (mallas o matrices tridimensionales) de manera similar.

Las matrices se pueden modificar de acuerdo a las características del fármaco (o moléculas terapéuticas, por ejemplo cicatrizantes) y los requerimientos establecidos por los médicos para el tratamiento de heridas o enfermedades, adaptando de esta manera la administración del fármaco en términos de cantidades de dosis, tipo de droga”, comentan los integrantes del equipo.

El beneficio de trabajar con bioimpresión 3D para el estudio y la combinación de polímeros es que es más rápido, reproducible y personalizado. Este proyecto de impresión 3D intenta dar un aporte en las aplicaciones de bioprinting, nanotecnología y biotecnología. Y a su vez contribuir a la innovación en el campo de los materiales no convencionales como polímeros naturales y sintéticos, y sus posibles combinaciones con materiales biológicos, materiales celulares y sistemas híbridos.

La importancia de este desarrollo radica en las soluciones que puede brindar en lo relacionado al cuidado de la salud humana. Las mallas impresas o estructuras 3D biodegradables, se pueden usar para recubrir órganos luego de una cirugía de ablación parcial para facilitar la cicatrización y proteger la zona debilitada del órgano (por ejemplo, ablación parcial de intestino). En el caso de hernias, se puede utilizar para cerrar y proteger el tejido muscular debilitado, para reforzar y/o proteger músculos y tendones dañados.

También sería útil en cirugías reparativas, como reconstruir daños faciales provocados por pérdida de tejido; en medicina regenerativa, con casos más avanzados de cirugías para regenerar tejido, implantando matrices biopoliméricas que contengan células, por ejemplo, tejido hepático; en heridas y/o quemaduras para recubrir las zonas lesionadas. En úlceras, por ejemplo, pie diabético, para construir matrices 3D con la forma y tamaño de las úlceras.

 

Aplicación: Medicina
País: Argentina