Un par de andamios impresos en 3D hechos de tintas biológicas descansan en una placa de Petri. La tinta biológica (derecha) utilizada para crear estas estructuras es una mezcla de quitosano (un compuesto hecho de las cáscaras de camarones y otros crustáceos) y alginato. Crédito:Troy Fedderson / Comunicación de la Universidad
Una víctima de trauma es llevada a una sala de emergencias, su muslo cubierto de vendas empapadas de sangre.
Los médicos trabajan rápidamente para evaluar la herida:una gran laceración profunda; numerosos puntos de punción; falta carne; hueso roto. Definitivamente un bocado, muy probablemente de un tiburón, según lo informado por los paramédicos que transportaron al joven surfista desde la playa.
Una enfermera responde con un escáner especializado que está diseñado para mapear la herida, generar modelos digitales del músculo faltante, hueso, capilares, tendón y piel. Ella envía los escaneos al laboratorio de bioimpresión tridimensional del hospital y, mientras la persona que practica surf se prepara para la cirugía, un técnico genera el tejido que se utilizará para cerrar la herida.
Mientras que la ciencia ficción hoy Los investigadores de la Universidad de Nebraska-Lincoln, incluidos Ali Tamayol y Prahalada Rao, se esfuerzan por hacer realidad este escenario.
"Hoy dia, si pierdes una pierna, romper una rodilla o romper un hueso, podemos imprimir implantes de reemplazo personalizados, "dijo Rao, profesor asistente de ingeniería mecánica y de materiales. "Pero, reemplazar el tejido funcional alrededor de esas estructuras sigue siendo algo que solo ocurre en Star Trek.
"Creo que es un proceso alcanzable. Simplemente va a llevar tiempo".
Rao y Tamayol abordan el problema desde diferentes ángulos.
Rao, un ganador reciente de un premio CAREER de la National Science Foundation, está trabajando para perfeccionar el proceso de impresión 3D. Se centra en la creación de nuevos métodos de impresión en 3-D que generan piezas impecables, desde las rodillas de repuesto hasta las turbinas de los aviones, en todo momento.
Tamayol, un profesor asistente de ingeniería mecánica y de materiales, está investigando formas de fabricar tintas biológicas:mezclas de células y gel impresas en 3D que se pueden utilizar para crear implantes de tejido regenerativo.
Trabajando con investigadores del MIT y del Hospital General de Massachusetts, Tamayol formó parte de un equipo que mostró recientemente cómo la bio-tinta infundida con plasma rico en plaquetas puede acelerar la curación de pequeños rasguños.
"El objetivo final es generar tejido funcional que pueda implantarse para reemplazar o reparar tejidos dañados, "dijo Tamayol." Si bien hemos mostrado algunos avances, todavía nos enfrentamos a una serie de obstáculos biológicos en el campo de la ingeniería de tejidos ".
Muchos obstáculos se centran en la creación de funciones necesarias dentro del tejido mismo, desde establecer el flujo de oxígeno y nutrientes a través de capilares microscópicos hasta unir nervios que permiten que la fibra muscular responda. Más, la creación de tejido de reemplazo debe completarse rápidamente, ya que muere en menos de 30 minutos, a menos que se establezca el flujo sanguíneo.
Y, mientras que su trabajo puede conducir a procesos que pueden crear tejidos de reemplazo de manera rápida y confiable, queda el tema del rechazo por parte del cuerpo.
"Desarrollar técnicas para detener la respuesta inmune al nuevo material biológico introducido en el cuerpo es clave a medida que avanzamos, ", Dijo Tamayol." También necesitamos examinar los factores biológicos que pueden involucrar a las células del cuerpo huésped para regenerar el tejido ".
Una posible solución para reducir la respuesta inmunitaria es mezclar las propias células y plaquetas del paciente en biotintas, un proceso que se mostró prometedor en el estudio reciente de Tamayol.
Basado en el ritmo de avance dentro de la industria, Tamayol y Rao estiman que los tejidos de reemplazo diseñados se convertirán en una realidad en la próxima década.
La investigación dirigida por Husker en impresión 3-D está respaldada por la tecnología de aditivos de ingeniería de Nebraska, o aseado, Laboratorios. El espacio, ubicado en el Scott Engineering Center, cuenta con cuatro impresoras de vanguardia que pueden agregar o quitar una variedad de materiales. Nebraska Engineering también tiene una impresora biológica de última generación con una segunda que se pondrá en línea a finales de este año.
"Hace diez años, no había forma de que pudiéramos imprimir un motor. El año pasado, Space X lanzó el SuperDraco, un motor de cohete impreso en 3-D, ", Dijo Rao." La innovación en este campo se está moviendo muy rápidamente. Y, a través de inversiones realizadas en equipos y nuevas asociaciones que se están formando con la industria y colegas de todo el mundo, Nebraska está preparada para ser líder en el futuro de la impresión 3D ".
