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Los científicos de ETH Zurich y la compañía sudafricana Strait Access Technologies están utilizando la impresión 3D para producir válvulas cardíacas artificiales hechas de silicona. Esto podría ayudar a satisfacer la creciente demanda del envejecimiento de la población de válvulas cardíacas sustitutas.
Fuente ETH by Peter Rüegg: El corazón humano tiene cuatro cámaras, cada una equipada con una válvula para asegurar el flujo de sangre en una sola dirección. Si alguna de las válvulas cardíacas presenta fugas, se estrecha o se distiende (o incluso se rompe), la sangre regresará a los atrios o ventrículos, lo que pondrá a todo el corazón bajo una presión severa. En el peor de los casos, esto puede provocar arritmia o incluso insuficiencia cardíaca.
Dependiendo de la gravedad del defecto, se pueden insertar válvulas cardíacas artificiales para resolver el problema. En las próximas décadas, es probable que la demanda de este tipo de cirugía aumente en muchas partes del mundo debido al envejecimiento de la población, la falta de ejercicio y una mala alimentación. Se estima que alrededor de 850,000 personas necesitarán válvulas cardíacas artificiales para el año 2050.
Los investigadores que trabajan en ETH Zurich y la compañía sudafricana SAT han estado buscando una alternativa a las válvulas de reemplazo de corazón actualmente en uso. Y con cierto éxito: desarrollaron una válvula cardíaca artificial hecha de silicona, que se crea en varios pasos utilizando impresoras 3D. Los científicos informaron sobre su trabajo en un artículo del último número de la revista científica «Matter».
El nuevo modelo tiene varias ventajas sobre las válvulas cardíacas convencionales: la válvula cardíaca de silicona puede adaptarse con mayor precisión al paciente, ya que los investigadores determinan primero la forma y el tamaño de la válvula cardíaca con fugas mediante la tomografía computarizada o la imagen de resonancia magnética. Esto le permite imprimir una válvula cardíaca que encaja perfectamente en la cámara cardíaca del paciente. Los investigadores utilizan las imágenes para crear un modelo digital y una simulación por computadora para calcular de antemano las fuerzas que actúan sobre el implante y su posible deformación. El material utilizado también es compatible con el cuerpo humano, mientras que el flujo de sangre a través de la válvula cardíaca artificial es tan bueno como las válvulas de reemplazo convencionales.
Los cirujanos cardiacos han usado tradicionalmente implantes que consisten en polímeros duros o tejido animal (de vacas o cerdos) combinados con marcos de metal. Para evitar que el cuerpo rechace estos implantes, los pacientes deben tomar inmunosupresores o anticoagulantes de por vida, que tienen importantes efectos secundarios indeseables.
Video: Fergal Coulter / Complex Materials / ETH Zurich
Mas facil de hacer
Además, las válvulas de reemplazo convencionales tienen una forma geométrica muy rígida, lo que dificulta que los cirujanos aseguren un buen sellado entre las nuevas válvulas y el tejido cardíaco. «Las válvulas de reemplazo que se usan en la actualidad son circulares pero no coinciden exactamente con la forma de la aorta, que es diferente para cada paciente», dice Manuel Schaffner, uno de los autores principales del estudio y ex alumno de doctorado André Studart, profesor de Materiales complejos a la ETH. Además, la fabricación de válvulas cardíacas artificiales es costosa y consume mucho tiempo.
El nuevo tipo de válvulas cardíacas de silicona evita este problema. Los investigadores solo tardan una hora y media en producir una válvula con una impresora 3D. Por el contrario, se requieren varios días hábiles para fabricar una válvula cardíaca artificial hecha a mano a partir de material bovino. La producción con impresoras 3D también podría acelerarse: una batería de impresora podría, por ejemplo, producir docenas o incluso cientos de válvulas todos los días.
Primero, los científicos crean una impresión negativa de la válvula. La pintura de silicona se rocía sobre esta impresión en forma de una corona de tres puntas que forma las aletas delgadas de la válvula. En el siguiente paso, una impresora de extrusión deposita una pasta de silicona resistente para imprimir patrones de cables finos específicos en su superficie. Estas corresponden a fibras de colágeno que pasan a través de las válvulas naturales del corazón. Los hilos de silicona refuerzan la tapa de la válvula y prolongan la vida útil de la válvula de reemplazo. La raíz del vaso sanguíneo conectado a la válvula cardíaca se imprime utilizando el mismo procedimiento y al final se cubre con un stent de malla, que se requiere para conectar el reemplazo de la válvula de silicona al sistema cardiovascular del paciente.
Vida mas larga
Las pruebas iniciales dieron resultados muy prometedores para la función de la nueva válvula.
El objetivo de los científicos de los materiales es extender la vida útil de estas válvulas de reemplazo de 10 a 15 años. Este es el tiempo que duran los modelos actuales en pacientes antes de que deban ser cambiados. «Sería maravilloso si un día pudiéramos producir válvulas cardíacas que duren toda la vida y posiblemente incluso crezcan con el paciente para que también puedan implantarse en personas jóvenes». Dijo Schaffner.
Sin embargo, aún tomará al menos 10 años para que las nuevas válvulas cardíacas artificiales entren en uso clínico, ya que deben someterse a ensayos clínicos exhaustivos.
Fergal Coulter, autor principal del estudio, está trabajando actualmente en el desarrollo de la válvula cardíaca de silicona. «Estos experimentos son necesarios para garantizar que la tecnología tenga alguna posibilidad de ser utilizada en pacientes humanos», enfatiza. Coulter es un postdoctorado en el grupo del Profesor Studart y ha desarrollado las impresoras 3D necesarias para producir las válvulas cardíacas.
El nuevo material es muy robusto.
Coulter también continúa experimentando con nuevos materiales que pueden extender la vida útil de las válvulas cardíacas.
Sin embargo, se requiere un socio industrial o posiblemente una escisión para que la válvula cardíaca esté disponible comercialmente en el mercado. «Como grupo de investigación, desafortunadamente no podemos ofrecer una oferta perfecta desde el primer experimento hasta la primera aplicación en el cuerpo humano», enfatiza Schaffner.
Referencia
Coulter FB, et al.: Prótesis de válvula cardíaca Bio-Inspired fabricada por Additive Silicone Manufacturing. Volumen 1, Número 1, 10 de julio de 2019, páginas 266-279. DOI: 10.1016 / j.matt.2019.05.013
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