Por mucho tiempo los sensores han sido un recurso empleado en diferentes ámbitos, bien sea para medir el comportamiento o desempeño de un objeto, o bien de un proceso en particular.
En este sentido surge una nueva técnica sustentada en la impresión 3D: sensores basados en hidrogeles que pueden ser implantados sobre la superficie de órganos como los pulmones, dotándolos con la capacidad para adaptarse al movimiento de estos al expandirse y contraerse. La iniciativa ha sido desarrollada por investigadores de la universidad de Minnesota quienes recibieron financiamiento del NIBIB para poner en marcha el proyecto.
El Dr. Michael McAlpine, profesor de ingeniería mecánica, es quien dirige el equipo de investigación formado por ingenieros mecánicos e informáticos. En referencia al proyecto Alpine expresó lo siguiente:
Junto con la capacidad de un robot para ayudar a un cirujano a extirpar un tumor de un pulmón, por ejemplo, esta tecnología podría imprimir en 3D un sensor en la superficie del pulmón para controlar su funcionamiento durante y después del procedimiento.
A través de esta tecnología de vanguardia los investigadores esperan que con el tiempo se haga posible la impresión en 3D de algunos dispositivos tanto por dentro como por fuera del cuerpo humano, y que estos sean funcionales.
Algunos ejemplos contemplan el uso de electrodos programados para mantener interacción con el sistema nervioso como una medida para abordar cuadros de dolor que pudieran presentarse, así como también bioandamios con células que permitan la regeneración de tejidos, los injertos de piel y, por último, la implementación de colas quirúrgicas.
Por su parte, el director del programa NIB en sistemas biónicos y robóticos, el Dr. Michael wolfson señaló en referencia al trabajo llevado a cabo por McAlpine y el equipo lo siguiente:
Ellos identifican de forma consistente los problemas biomédicos que necesitan soluciones tecnológicas y luego diseñan y construyen sistemas sofisticados para satisfacer la necesidad […] Y como esta investigación no es solo sobre ingeniería innovadora, también demuestran que la tecnología funciona en sistemas biológicos realistas.
Origen de esta técnica
El logro de esta tecnología radica en la técnica de captura de movimiento, similar a la usada en la producción de películas y videojuegos.
En el caso del cine, la captura de movimiento permite hacer un seguimiento de los elementos en movimiento dentro de una escena de modo que luego pueda aplicarse los efectos especiales necesarios, bien sea en los actores o sobre el entorno.
A través de este procedimiento fue posible optimizar aún más la impresión 3D y ponerla a prueba imprimiendo con éxito un sensor sobre un tejido vivo en expansión sin ocasionar daños en el órgano.
Tras ser sometidos a una serie de experimentaciones sobre un globo que se inflaba y desinflaba, el próximo paso a tomar con los sensores fue el de imprimirlos sobre el pulmón de un animal mientras este era mantenido en funcionamiento con aire insuflado que lo hacía pulsar rítmicamente.
Después, se procedió a imprimir un hidrogel especial incrustado con electrodos alrededor para obtener un mapa sensorial de tomografía por impedancia eléctrica (EIT).
El resultado final fue un dispositivo con capacidad para estirarse y adaptarse al movimiento de la superficie del pulmón en la cual fue implantado, siendo luego registrado por el sensor y transmitido electrónicamente como parte de un proceso de seguimiento en tiempo real de la tensión de la superficie del pulmón mientras este se expandía y contraía.
En referencia a esto, McAlpine indicó:
Medir la flexibilidad del pulmón con el sensor EIT es solo un ejemplo de medición remota de la salud de un órgano utilizando un sensor impreso en su superficie […] Prevemos el desarrollo de diferentes tipos de sensores que podrían adaptarse a diferentes órganos, como un sensor impreso en un corazón humano para monitorear la función cardíaca.
Se piensa que esta tecnología podría resultar una herramienta de gran utilidad en lo que respecta al cuidado de pacientes con COVID-19. Con base en esto McAlpine expresó:
Estamos aprendiendo mucho sobre los efectos duraderos de la COVID-19 en el cuerpo humano […] Una tecnología como esta podría ser usada para monitorear los cambios en la función respiratoria durante y después de la infección del coronavirus.