Los científicos del Wake Forest Institute for Regenerative Medicine
(WFIRM) han creado un sistema móvil de bioimpresión , que permite imprimir dos
capas de piel directamente en una herida.
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 una 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.
Por
Dr. Rosselli Armando
Fuentes:
