Un nuevo estudio revela un método de impresión 3D que crea válvulas cardíacas en minutos

Jun 10, 2023

Sarah Motta y Christophe Chantre

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Investigadores de la Universidad de Harvard han desarrollado una válvula cardíaca sintética que se puede producir en menos de 10 minutos mediante impresión 3D. Probaron el prototipo en ovejas, que regularon con éxito el flujo sanguíneo durante una hora.

Cuando las válvulas cardíacas se dañan o dejan de funcionar correctamente debido a una enfermedad, se altera el flujo de sangre en el cuerpo. Esto podría conducir aún más a problemas como accidente cerebrovascular, arritmia e insuficiencia cardíaca.

Entonces, los médicos reemplazan las válvulas cardíacas dañadas con válvulas sintéticas. Cada año, más de 100 000 personas se someten a operaciones de válvulas cardíacas en los EE. UU.

Tales operaciones son costosas; Actualmente, las válvulas sintéticas tardan meses en producirse. Los investigadores afirman que su válvula impresa en 3D tiene el potencial de superar ambos desafíos.

Además, puede remodelarse a sí mismo. Por lo tanto, podría beneficiar a los pacientes (especialmente a los niños con enfermedad valvular pediátrica) que necesitan someterse a cirugías de válvula repetidas a medida que el tamaño de su corazón cambia con la edad.

Sarah Motta, Michael Peters y Christophe Chantre

La válvula sintética propuesta comprende una red similar a una malla de nanofibras que se comporta como la matriz extracelular que respalda el crecimiento de las válvulas cardíacas naturales dentro de nuestro cuerpo.

La fabricación de estas nanofibras se logra mediante la hilatura por chorro rotatorio enfocado (FRJS), una tecnología de fabricación aditiva que permite crear rápidamente andamios de micro o nanofibras con alineaciones ajustables en 3D.

Los investigadores primero crearon un marco en forma de válvula cardíaca y luego usaron chorros de aire para empujar un polímero líquido dentro del marco. Esto condujo al desarrollo de una malla de nanofibras impecable: la válvula resultante tiene un andamio poroso donde las células pueden venir y crecer.

Kit Parker, autor principal del estudio y profesor de bioingeniería en Harvard, explicó además: "Las células funcionan a escala nanométrica, y la impresión 3D no puede llegar a ese nivel, pero el giro de chorro rotatorio enfocado puede poner señales espaciales a escala nanométrica en ahí para que cuando las células se suban a ese andamio, se sientan como si estuvieran en una válvula cardíaca, no en un andamio sintético".

Los investigadores afirman que, a diferencia de las tecnologías existentes actualmente, que pueden tardar semanas o meses en producirse, pueden hacer girar una válvula sintética completa en menos de 10 minutos utilizando el método mencionado anteriormente.

Además, dichas válvulas podrían beneficiar a los niños que padecen enfermedades de las válvulas cardíacas y requieren cirugías repetitivas en diferentes etapas de su vida.

"Desafortunadamente, los reemplazos de válvulas cardíacas actuales no crecen junto con el niño. Nuestras válvulas se fabrican con fibras de polímero biodegradables que permiten que las células del paciente se adhieran y remodelen el andamio implantado, y finalmente se construya una válvula nativa que pueda crecer y vivir con el niño durante todo el proceso. su vida", señalan los investigadores.

Las válvulas cardíacas sintéticas son conocidas por su durabilidad de por vida y su capacidad para hacer que los pacientes pasen miles de millones de ciclos de latidos cardíacos. Los investigadores realizaron una serie de experimentos para probar si su válvula basada en FRJS podía funcionar a la par de las soluciones existentes.

Primero probaron la válvula con un duplicador de pulsos (simulador de latidos cardíacos). La válvula se abrió, cerró, cambió y retuvo su forma con éxito varias veces durante el experimento.

Luego, cultivaron células cardíacas en la válvula para ver si el material del andamio era seguro para promover el crecimiento celular. Además, "las válvulas están en contacto directo con la sangre, por lo que debemos verificar que el material no provoque trombosis u obstrucción de los vasos sanguíneos", dijo Sarah Motta, primera autora y científica traslacional de la Universidad de Zúrich.

Después de probar la elasticidad, la fuerza y ​​la seguridad de las válvulas, los investigadores querían comprobar si el prototipo de la válvula funciona en un mamífero.

El estudio sugiere que el corazón de las ovejas es similar al corazón humano, y sus válvulas están constantemente bajo presión debido al metabolismo agresivo del calcio de su cuerpo, por lo que los autores decidieron usar modelos de ovejas.

Implantaron con éxito dos válvulas en dos ovejas y luego usaron ultrasonido para diagnosticarlas. Ambas válvulas comenzaron a funcionar inmediatamente después de la operación.

En una hora, la válvula sintética en la segunda oveja comenzó a observar el crecimiento celular. El implante controló eficazmente el flujo sanguíneo y no provocó trombosis ni otros efectos secundarios.

Sin embargo, la válvula de la primera oveja dejó de funcionar después de unos minutos. Según los investigadores, era de "tamaño incorrecto"; por lo tanto, no pudo caber dentro del corazón del animal.

Emocionados por el éxito de su prototipo de válvula, los investigadores planean realizar más ensayos utilizando diferentes modelos animales. También quieren probar cómo funciona su implante durante períodos prolongados.

Pasará mucho tiempo antes de que la tecnología esté disponible para los humanos, pero cuando lo haga, podría cambiar la forma en que se realizan los reemplazos de válvulas cardíacas.

El estudio se publica en la revista Matter.