El implante biorresorbable impreso en 3D podría ayudar a los pacientes a regenerar sus propias válvulas cardíacas

Cada año, más de 5 millones de personas en los Estados Unidos son diagnosticadas con enfermedad de la válvula cardíaca, pero esta afección no tiene un tratamiento efectivo a largo plazo. Cuando la válvula cardíaca de una persona está severamente dañada por un defecto de nacimiento, un estilo de vida o envejecimiento, se interrumpe el flujo sanguíneo. Si no se trata, puede haber complicaciones fatales.

El reemplazo y la reparación de la válvula son los únicos métodos para controlar la enfermedad cardíaca valvular grave, pero ambos a menudo requieren cirugías repetidas que sean caras, disruptivas y potencialmente mortales. La mayoría de las válvulas de reemplazo están hechas de tejido animal y duran hasta 10 o 15 años antes de que deben ser reemplazadas. Para los pacientes pediátricos, las soluciones son extremadamente limitadas y pueden requerir múltiples reintervenciones.

Ahora, los investigadores de Georgia Tech han creado una válvula cardíaca impresa en 3D hecha de materiales biorrebables y diseñados para adaptarse a la anatomía única de un paciente individual. Una vez implantado, las válvulas serán absorbidas por el cuerpo y reemplazadas por un nuevo tejido que realizará la función que el dispositivo una vez sirvió.

La invención surge de los laboratorios de los miembros de la facultad Lakshmi Prasad Dasi y Scott Hollister en el Departamento de Ingeniería Biomédica de Wallace H. Coulter (BME) en Georgia Tech y Emory.

«Esta tecnología es muy diferente de la mayoría de las válvulas cardíacas existentes, y creemos que representa un cambio de paradigma», dijo Dasi, la profesora de Rozelle Vanda Wesley en BME. «Nos estamos alejando del uso de dispositivos de tejido animal que no duran y no son sostenibles, y en una nueva era donde una válvula cardíaca puede regenerarse dentro del paciente».

DASI es un investigador líder en la función y la mecánica de la válvula cardíaca, mientras que Hollister es un experto en ingeniería de tejidos e impresión 3D para dispositivos médicos pediátricos. Reunieron a sus equipos para crear una tecnología de primer tipo.

«En pediatría, uno de los mayores desafíos es que los niños crecen, y sus válvulas cardíacas cambian el tamaño con el tiempo», dijo Hollister, quien es profesor y Patsy y Alan Dorris en tecnología pediátrica y presidenta asociada para la investigación traslacional. «Debido a esto, los niños deben someterse a múltiples cirugías para reparar sus válvulas a medida que crecen. Con esta nueva tecnología, el paciente puede cultivar un nuevo tejido de la válvula y no tener que preocuparse por los reemplazos de múltiples válvulas en el futuro».

Creciendo en el corazón

Aunque actualmente existen válvulas cardíacas impresas en 3D y se han utilizado materiales biorresorbibles para los implantes antes, esta es la primera vez que las dos tecnologías se combinan para crear un dispositivo con un material de memoria de forma reabsorbible.

«Desde el principio, la visión del proyecto era alejarse del enfoque de una talla única que ha sido el status quo para el diseño y la fabricación de la válvula cardíaca, y hacia un implante específico del paciente que puede sobrevivir a los dispositivos actuales, «Explicó Sanchita Bhat, una científica de investigación en el laboratorio de Dasi que se involucró por primera vez en el proyecto como Ph.D. alumno.

La investigación inicial implicó encontrar el material adecuado y probar diferentes prototipos. La válvula cardíaca del equipo está impresa en 3D utilizando un material biocompatible llamado poli (dodecanedio de glicerol).

La válvula tiene memoria de forma, por lo que se puede plegar y administrar a través de un catéter, en lugar de una cirugía cardíaca abierta. Una vez que se implanta y alcanza la temperatura corporal, el dispositivo se volverá a reproducir en su forma original. Luego, el material indicará al cuerpo para hacer su propio tejido nuevo para reemplazar el dispositivo. El dispositivo original absorberá completamente en unos pocos meses.

Srujana Joshi, un Ph.D. de cuarto año. Estudiante en el laboratorio de Dasi, ha jugado un papel importante en las pruebas y el análisis del diseño y el rendimiento de la válvula cardíaca.

«Una vez que tenga una idea para un implante, se necesita mucho ajuste y optimización para llegar al diseño, material y parámetros de fabricación correctos que funcionan», dijo Joshi. «Es un proceso iterativo, y hemos estado probando estos aspectos en nuestros sistemas para asegurarnos de que las válvulas estén haciendo lo que se supone que deben hacer».

Bhat y Joshi actualmente están probando la durabilidad física de la válvula cardíaca con modelos computacionales y estudios de benchtop. El laboratorio de Dasi tiene una configuración de simulación de corazón que coincide con las condiciones fisiológicas de un corazón real y puede imitar las condiciones de presión y flujo del corazón de un paciente individual. Una máquina adicional prueba la durabilidad mecánica de la válvula al colocarla a través de millones de ciclos cardíacos en poco tiempo.

Una tecnología de cambio de paradigma

Según los investigadores, es un desafío enorme crear un material que pueda llevar a cabo la función rigurosa de una válvula cardíaca, al tiempo que alienta a los nuevos tejidos a desarrollar y hacerse cargo. Además, los nuevos dispositivos médicos experimentan un largo viaje desde el banco hasta la cama, y ​​se deben cumplir varios hitos clave.

Los investigadores esperan que su tecnología pueda revolucionar el tratamiento para pacientes con válvulas cardíacas, y que marcará el comienzo de una nueva era de más dispositivos con ingeniería de tejidos.

Según Dasi y Hollister, los implantes no se desarrollan para poblaciones pediátricas con tanta frecuencia como para adultos. Esto se debe a que las enfermedades infantiles son más raras, junto con el alto costo de la fabricación. Los investigadores piensan que combinar materiales biorresorbables con impresión y fabricación 3D podría ser la clave para desarrollar mejores dispositivos pediátricos.

«La esperanza es que comencemos con los pacientes pediátricos que pueden beneficiarse de esta tecnología cuando no hay otro tratamiento disponible para ellos», dijo Dasi. «Entonces esperamos mostrar, con el tiempo, que no hay ninguna razón por la cual todas las válvulas no deberían hacerse de esta manera».