La impresión 3D basada en extrusión de biosólidos, o "bioimpresión", es un enfoque prometedor para generar injertos de ingeniería de tejidos específicos para pacientes. Sin embargo, un desafío importante en la bioimpresión es que la mayoría de los materiales que se usan actualmente carecen de la versatilidad para usarse en una amplia gama de aplicaciones.

Un equipo de investigadores de la Universidad Texas A&M ha desarrollado una nueva nanotecnología que aprovecha las interacciones coloidales de las nanopartículas para imprimir geometrías complejas que pueden imitar la estructura de tejidos y órganos. El equipo, dirigido por el Dr. Akhilesh Gaharwar, profesor asociado y Presidential Impact Fellow en el Departamento de Ingeniería Biomédica, ha introducido soluciones coloidales de nanosilicatos 2D como tecnología de plataforma para imprimir estructuras complejas.

Los nanosilicatos 2D son nanopartículas inorgánicas en forma de disco de 20 a 50 nanómetros de diámetro y de 1 a 2 nanómetros de espesor. Estos nanosilicatos forman una estructura de "castillo de naipes" por encima de cierta concentración en agua, conocida como solución coloidal.

Estas soluciones coloidales tienen propiedades atractivas cuando se estudia la deformación de un material, como el aumento de la viscosidad y el límite elástico, así como el adelgazamiento por cizallamiento, donde la viscosidad se reduce bajo tensión, y el comportamiento tixotrópico, donde un material se deforma en respuesta a las fuerzas aplicadas. El Laboratorio Gaharwar aprovecha las propiedades reológicas de estos nanosilicatos para la impresión 3D basada en extrusión.

Los resultados de la investigación del equipo se publicaron en la revista Bioprinting .

Algunos de los principales desafíos de la impresión 3D basada en extrusión son la incapacidad de imprimir estructuras altas y complejas, ya que los materiales blandos fluyen por gravedad y no pueden formar estructuras autoportantes. Para superar estos desafíos, los investigadores utilizaron nanosilicatos coloidales y los demostraron como tecnología de plataforma para la bioimpresión utilizando tres enfoques diferentes.

En el primer enfoque, Satyam Rajput, estudiante de posgrado en ingeniería biomédica en el Laboratorio Gaharwar y autor principal del artículo, diseñó una tinta diluyente compuesta de nanosilicatos y polímeros solubles en agua como agarosa, alginato, carragenina kappa, gelatina , metacriloilo de gelatina, polietilenglicol y N-isopropilacrilamida. La formulación de la tinta imprimible mostró una buena fidelidad de forma.

En el segundo enfoque, el equipo demostró el uso de nanosilicatos como tinta de sacrificio, un instrumento diseñado para fallar y ser eliminado, para diseñar dispositivos de microfluidos para el modelado de enfermedades in vitro. Estos dispositivos perfundibles se pueden utilizar para varias aplicaciones para emular y estudiar la fisiología vascular y la mecánica de fluidos, modelos de enfermedades, organización y función de tejidos, ingeniería de tejidos terapéuticos y modelos de cultivo de células en 3D y detección de fármacos.

En el tercer enfoque, los investigadores utilizaron un gel de nanosilicato coloidal como baño de soporte para la impresión 3D al anular la tensión superficial y las fuerzas gravitatorias. Dentro del baño de soporte se imprimieron una serie de estructuras complejas, como un vaso bifurcado, un fémur, un menisco, una doble hélice de ADN, un corazón y una válvula trivalva.

"La versatilidad de los nanosilicatos podría adoptarse ampliamente en los campos de la fabricación aditiva, la ingeniería de tejidos, la administración de fármacos y los dispositivos médicos", dijo Gaharwar. + Explora más

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