Un equipo de investigación de la Universidad de Princeton logró entretejer tejidos con componentes electrónicos utilizando tecnología de impresión 3D. La técnica permitió a los investigadores combinar la electrónica de la antena con tejido dentro de la topología altamente compleja de un oído humano. De esta manera, se crea un oído funcional que puede «escuchar» frecuencias de radio mucho más allá del rango de la capacidad humana normal. El objetivo principal de esta investigación fue descubrir las posibilidades de fusionar la electrónica con el tejido para crear órganos y dispositivos biónicos que mejoren las capacidades humanas.
Lea este comunicado de prensa muy interesante que la Universidad de Princeton publicó este miércoles.
El comunicado de prensa completo
El oído ‘biónico’ imprimible fusiona la electrónica y la biología
«El diseño e implementación de órganos y dispositivos biónicos que mejoran las capacidades humanas, conocido como cibernética, ha sido un área de creciente interés científico», escribieron los investigadores en el artículo que aparece en la revista académica Nano Letters «Este campo tiene el potencial de generar piezas de repuesto personalizadas para el cuerpo humano, o incluso crear órganos que contengan capacidades más allá de lo que la biología humana proporciona normalmente ”.
La ingeniería de tejidos estándar implica la siembra de tipos de células, como las que forman el cartílago de la oreja, en un andamio de un material polimérico llamado hidrogel. Sin embargo, los investigadores dijeron que esta técnica tiene problemas para replicar complicadas estructuras biológicas tridimensionales. La reconstrucción de la oreja «sigue siendo uno de los problemas más difíciles en el campo de la cirugía plástica y reconstructiva», escribieron.
Para resolver el problema, el equipo recurrió a un enfoque de fabricación llamado impresión 3D. Estas impresoras utilizan un diseño asistido por computadora para concebir objetos como matrices de finas rebanadas. Luego, la impresora deposita capas de una variedad de materiales, desde plástico hasta celdas, para construir un producto terminado. Los defensores dicen que la fabricación aditiva promete revolucionar las industrias domésticas al permitir que pequeños equipos o personas creen trabajos que antes solo podían realizar las fábricas.
La creación de órganos utilizando impresoras 3D es un avance reciente; varios grupos han informado que han usado la tecnología para este propósito en los últimos meses. Pero esta es la primera vez que los investigadores han demostrado que la impresión 3D es una estrategia conveniente para entretejer el tejido con la electrónica.
La técnica permitió a los investigadores combinar la electrónica de la antena con tejido dentro de la topología altamente compleja de un oído humano. Los investigadores utilizaron una impresora 3D ordinaria para combinar una matriz de hidrogel y células de ternera con nanopartículas de plata que forman una antena. Las células de la pantorrilla luego se convierten en cartílago.
Manu Mannoor, estudiante de posgrado en el laboratorio de McAlpine y autor principal del artículo, dijo que la fabricación aditiva abre nuevas formas de pensar sobre la integración de la electrónica con el tejido biológico y hace posible la creación de verdaderos órganos biónicos en forma y función. Dijo que podría ser posible integrar sensores en una variedad de tejidos biológicos, por ejemplo, para monitorear el estrés en el menisco de la rodilla de un paciente.
David Gracias, profesor asociado de Johns Hopkins y coautor de la publicación, dijo que cerrar la brecha entre la biología y la electrónica representa un desafío formidable que debe superarse para permitir la creación de prótesis e implantes inteligentes.
“Las estructuras biológicas son blandas y blandas, compuestas principalmente de agua y moléculas orgánicas, mientras que los dispositivos electrónicos convencionales son duros y secos, compuestos principalmente de metales, semiconductores y dieléctricos inorgánicos”, dijo. «Las diferencias en las propiedades físicas y químicas entre estas dos clases de materiales no podrían ser más pronunciadas».
La oreja terminada consiste en una antena enrollada dentro de una estructura de cartílago. Dos cables salen de la base del oído y se enrollan alrededor de una «cóclea» helicoidal, la parte del oído que detecta el sonido, que se puede conectar a los electrodos. Aunque McAlpine advierte que se deben realizar más trabajos y pruebas exhaustivas antes de que la tecnología pueda usarse en un paciente, dijo que el oído, en principio, podría usarse para restaurar o mejorar la audición humana. Dijo que las señales eléctricas producidas por el oído podrían conectarse a las terminaciones nerviosas de un paciente, de forma similar a un audífono. El sistema actual recibe ondas de radio, pero dijo que el equipo de investigación planea incorporar otros materiales, como sensores electrónicos sensibles a la presión, para permitir que el oído registre sonidos acústicos.
Además de McAlpine, Verma, Mannoor y Gracias, el equipo de investigación incluye: Winston Soboyejo, profesor de ingeniería mecánica y aeroespacial en Princeton; Karen Malatesta, miembro de la facultad de biología molecular en Princeton; Yong Lin Kong, estudiante de posgrado en ingeniería mecánica y aeroespacial en Princeton; y Teena James, estudiante de posgrado en ingeniería química y biomolecular en Johns Hopkins.
El equipo también incluyó a Ziwen Jiang, un estudiante de secundaria en la Escuela Peddie en Hightstown que participó como parte de un programa de divulgación para jóvenes investigadores en el laboratorio de McAlpine.
«Ziwen Jiang es uno de los estudiantes de secundaria más espectaculares que he visto», dijo McAlpine. «No hubiéramos podido completar este proyecto sin él, particularmente en su habilidad para dominar los diseños CAD de los oídos biónicos».
Fuente: AAAS, la sociedad científica
