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24/08/2022

3 D + Robotics – mobile System of bioimpresión skin

Por Dr. Rosselli Armando

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Scientists at the Wake Forest Institute for Regenerative Medicine (WFIRM) have created a mobile system of bioimpresión , which allows you to print two layers of skin directly on a wound.

Los investigadores de WFIRM han diseñado tejidos y órganos de reemplazo en cuatro categorías (estructuras planas, tejidos tubulares, órganos huecos y órganos sólidos) y 15 aplicaciones diferentes de tecnologías de terapia celular/tejidos, como: piel, uretra, cartílago, vejiga, músculo, riñón, y órganos vaginales, se han utilizado con éxito en pacientes humanos.

Las heridas crónicas como las úlceras diabéticas, venosas, por presión y las heridas por quemaduras representan una carga para los pacientes y los cirujanos, afectando a más de 7 millones de personas en los Estados Unidos con un gasto anual de sus tratamientos de U$S 25 mil millones.

Las heridas crónicas, grandes o que no cicatrizan, son especialmente costosas porque requieren múltiples tratamientos; por ejemplo, el tratamiento de una sola úlcera del pie diabético puede costar aproximadamente U$S 50,000.

Las lesiones cutáneas de espesor completo son una fuente importante de mortalidad y morbilidad, con un estimado de 500 000 quemaduras civiles tratadas en los Estados Unidos cada año. En el personal militar, las lesiones por quemaduras representan entre un 10% y un 30% de las bajas en combate en una guerra convencional.

La escisión temprana y la cobertura adecuada de las heridas son pasos vitales para aumentar la capacidad de supervivencia de los pacientes con quemaduras extensas. El tratamiento temprano de las heridas es vital para evitar que empeoren con el tiempo provocando más daño tisular y cicatrices hipertróficas a largo plazo.

Los autoinjertos de espesor parcial se consideran la técnica «estándar de oro» para el tratamiento de heridas graves, sin embargo, la cobertura adecuada de las heridas suele ser un desafío, especialmente cuando hay una disponibilidad limitada de piel de donante sana.Los aloinjertos son una opción, pero corren el riesgo de rechazo inmunológico del injerto.

Las principales células de la piel (fibroblastos dérmicos y queratinocitos epidérmicos) se aíslan fácilmente de una pequeña biopsia de tejido no lesionado y se expanden.

 Los fibroblastos son células que sintetizan la matriz extracelular y el colágeno que desempeñan un papel fundamental en la cicatrización de heridas, mientras que los queratinocitos son las células predominantes que se encuentran en la epidermis.
Las células se mezclan en un hidrogel y se colocan en una bioimpresora.

 El sistema de bioimpresión es:

1.Portátil, pudiéndose ser transportado rápidamente.

2.capaz de identificar y medir con precisión una amplia gama de tamaños y topologías de heridas.

3.Capaz de administrar múltiples tipos de células a una orientación espacial precisa adaptada a un herida particular.

4.fácilmente esterilizable.

5.Fácil de operar y mantener con un costo relativamente bajo. 

Los componentes principales del sistema consisten en un escáner de heridas 3D portátil y un cabezal de impresión con un sistema de movimiento XYZ que contiene ocho boquillas de 260 µm de diámetro, cada una impulsada por un motor dispensador independiente. Todos los componentes están montados en un marco lo suficientemente pequeño como para ser móviles en el quirófano.

El brazo robótico completamente extendido, es lo suficientemente grande para cubrir el torso de un paciente promedio y lo suficientemente pequeño para pasar fácilmente a través de la mayoría de los marcos de las puertas.

El sistema de bioimpresora de piel está equipado con bloqueos que se enganchan con la base de la mesa del paciente para evitar el movimiento mientras se imprimen las células.Una vez que el sistema está colocado sobre el paciente, estos bloqueos restringen la movilidad del sistema durante el proceso de impresión para garantizar una alta precisión de entrega.

La reconstrucción de heridas en la piel se puede adaptar a un paciente mediante la combinación de un sistema de escaneo de heridas con el sistema de entrega basado en cartuchos.

Para imprimir una construcción de piel que coincida exactamente con la herida, incorpora un escáner láser 3D en tiempo real, el escáner ZScanner™ Z700 (3DSystems, Rock Hill, SC), sistema que utiliza marcadores que se colocan alrededor del área de la herida como puntos de referencia. El escáner de mano es fácil de usar y permite una fácil maniobrabilidad.

El escáner ofrece la capacidad de capturar toda la herida en un escaneo continuo. Una vez, que se completa el escaneo, los datos se compilan para formar un modelo de la herida.

Luego, el área de la herida escaneada se procesa con el software Geomagic Studio (Morrisville, NC) y orienta el modelo a las coordenadas estándar para que la importación a Artcam sea ideal.

Los datos escaneados tienen la forma de un archivo STL que se ha generado desde Geomagic y se ha ingresado al software Artcam® 3D para obtener el volumen completo y la ruta de la boquilla necesaria para imprimir el volumen de llenado.

La profundidad de la herida se divide en capas en el eje Z, determinando qué capas corresponden a la dermis y la epidermis . Cada capa se superpone con una serie de líneas XY que cubren toda el área de la herida.Estas líneas se utilizan junto con el sistema de entrega basado en cartuchos para determinar una ruta para la impresora.

El sistema de entrega de células de la piel está controlado por un software personalizado que emplea un diseño de arquitectura de tres niveles basado en Microsoft.NET Framework 2.0 (Microsoft Corp®. Redmond, WA) y escrito en C++.

La arquitectura de tres niveles maneja tres áreas de comunicación: entre el usuario y el software, entre los componentes del software y entre el software y el sistema de archivos.Esta estructura de diseño permite que cada componente se modifique rápida y fácilmente  sin afectar a los demás componentes.

Actualmente se está evaluando la inclusión de tipos adicionales de células de la piel, con la incorporación de melanocitos, células adiposas y células de folículo piloso, que prometen proporcionar la formación rápida de tejido de piel con resultados funcionales y estéticos mejores

La investigación fue financiada por el Centro de Investigación de Telemedicina y Tecnología Avanzada y el Instituto de Medicina Regenerativa de las Fuerzas Armadas.

Sources:

3D Natives-https://www.3dnatives.com/es/bioimpresora-movil-piel-090420192/#! Nature-https://www.nature.com/articles/s41598-018-38366-w

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