Las simulaciones por ordenador son herramientas muy útiles para el desarrollo de nuevos dispositivos y tratamientos médicos. En el Centro de Simulación Cardiovascular (CCS) de la Universidad de Texas, en Austin, el grupo del Dr. Michael Sacks está trabajando para proporcionar simulaciones cardiovasculares avanzadas para que los médicos e ingenieros biomédicos puedan desarrollar tratamientos más eficaces para las enfermedades cardiovasculares. La investigación específica tiene como objetivo simular la función biomecánica del sistema cardiovascular desde el tejido continuo celular y microfibroso hasta el nivel de todo el órgano.
Para que estos modelos biomecánicos informáticos funcionen con precisión, los investigadores primero deben comprender las propiedades mecánicas del material que están modelando. Desde la década de 1960, los investigadores han utilizado dispositivos de prueba biaxiales para realizar pruebas de estiramiento cíclico en tejidos, generalmente para muestras de aproximadamente 10 x 10 cm cuadrados o más grandes.
Sin embargo, John Lesicko, miembro del equipo de investigación de CCS, necesitaba diseñar un dispositivo de prueba biaxial a microescala. John explica que los ensayos con animales se realizarían eventualmente en ratones cuyas arterias son pequeñas, por lo que se requerían pruebas biaxiales que pudieran manejar muestras de hasta 3 mm x 3 mm cuadrados.
El nuevo dispositivo de prueba biaxial superó los límites de diseño. Se utilizaron varillas de acero inoxidable de 200 micrones de diámetro para extraer el material y los puntos de fijación individuales deben activarse independientemente sin que las varillas se toquen entre sí.
Estaba claro que los elementos de sujeción del tejido necesitaban un soporte o dispositivo para que todo el mecanismo funcionara correctamente, pero el tamaño necesario era muy pequeño. “Potomac fue la primera empresa de impresión 3D con la que me puse en contacto que podía manejar las pequeñas escalas espaciales que necesitaba”, explica John. “Además, podían entregar el producto a un precio razonable. Otras tecnologías mecánicas tenían precios muy altos”.
Como ocurre con la mayoría de los nuevos diseños, se requirieron varias modificaciones del prototipo para optimizar la configuración, por lo que el proyecto era sensible al precio. En la fabricación digital, como la impresión 3D o el micromecanizado láser, todos los cambios de diseño se realizan en la fase de diseño asistido por computadora.
A partir de ese momento, John pudo modificar el diseño del prototipo y probar distintas ideas de manera rápida, económica y sencilla. “Hemos pasado por varias iteraciones para encontrar el diseño perfecto, ¡y eso no tiene precio!”, afirma. Por ejemplo, en la primera iteración, el diseño no permitía un soporte suficiente para las varillas, por lo que se flexionaban y doblaban en lugar de permanecer rígidas. “En una semana”, afirma John, “teníamos un diseño con el soporte necesario”.
Con el modelado in vitro en animales, los investigadores de CCS podrán probar el comportamiento mecánico del sistema cardiovascular y luego generar datos específicos de la población para brindar al mundo de la biotecnología modelos precisos para la investigación. Finalmente, el objetivo de CCS es el modelado específico para el paciente que, curiosamente, funciona de la mano con las capacidades únicas de personalización masiva de la impresión 3D para la fabricación directa de dispositivos médicos personalizados. Mientras tanto, las capacidades de impresión 3D de Potomac están ayudando a CCS a crear prototipos de nuevos dispositivos de prueba micro para brindar la posibilidad futura de un tratamiento mejorado para cualquier persona con enfermedad cardiovascular.
