Gracias a las características geométricas, estructurales y mecánicas particulares de la trompa, se pueden imprimir líneas con un ancho de 20 micrones, que es un poco más pequeño que un glóbulo blanco y aproximadamente dos veces más fino que lo que pueden producir las boquillas de impresión actualmente en el mercado.
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Los investigadores han denominado "necroimpresión 3D" a este proceso en el que se utiliza directamente una microestructura biológica no viva como herramienta de impresión 3D. Entre las aplicaciones potenciales, se puede pensar en la producción de pequeños andamios para el crecimiento celular o la ingeniería de tejidos, la impresión de geles cargados con células, así como la transferencia de objetos microscópicos como chips semiconductores.
"Para la impresión 3D de alta resolución y la microdistribución, se necesitan boquillas ultrafinas, generalmente fabricadas con metal o vidrio especializado", explica Jianyu Li, coautor del estudio, profesor asociado en la Universidad McGill y titular de la Cátedra de Investigación de Canadá en Reparación y Regeneración de Tejidos. "Estas boquillas son costosas y difíciles de fabricar, presentan riesgos para la salud y generan residuos".
"Las trompas de mosquito nos permiten imprimir estructuras extremadamente pequeñas y precisas que son difíciles o muy costosas de producir con herramientas clásicas. Dado que las boquillas biológicas son biodegradables, podemos reutilizar materiales que de otro modo se desecharían", agrega Changhong Cao, coautor del estudio, profesor asistente en la Universidad McGill y titular de la Cátedra de Investigación de Canadá en Materiales y Fabricación de Vanguardia a Pequeña Escala en el Departamento de Ingeniería Mecánica.
El estudio fue dirigido por Justin Puma, estudiante de posgrado en la Universidad McGill. Justin ya había participado en un estudio sobre el uso de una trompa de mosquito con fines biomiméticos, que sentó las bases de esta investigación.
Biodegradable y reutilizable
Para desarrollar las boquillas, el equipo examinó microboquillas fabricadas a partir de insectos y determinó que la trompa del mosquito —una diminuta microaguja con un ancho equivalente a aproximadamente la mitad de un cabello humano— era la mejor opción. Las trompas fueron extraídas de mosquitos eutanizados procedentes de colonias de laboratorio aprobadas éticamente y utilizadas para investigación biológica en la Universidad Drexel, una institución asociada.
Bajo el microscopio, los investigadores retiraron cuidadosamente el tubo de alimentación del mosquito. Luego, fijaron esta aguja biológica a la punta de un dispensador de plástico estándar usando un poco de resina. Caracterizaron la geometría y la resistencia mecánica de las puntas y midieron su tolerancia a la presión, luego integraron las puntas en un dispositivo de impresión 3D personalizado.
Una vez conectada, la trompa se convierte en el orificio por el cual la impresora 3D expulsa el material. Los investigadores lograron imprimir estructuras complejas en alta resolución, incluyendo una estructura de panal de abeja, una hoja de arce y andamios biológicos que contenían células cancerosas y glóbulos rojos.
La idea de usar materiales bióticos en la fabricación de vanguardia se inspiró en la investigación en necrobótica realizada en la Universidad Rice. Mientras realizaba investigación sobre microboquillas, Cao también conversaba con Megan Creighton y Ali Afify, investigadores de la Universidad Drexel, sobre otro proyecto relacionado con mosquitos. Estas conversaciones llevaron al equipo a explorar las trompas para la impresión 3D.
"Los avances en el campo de la bioimpresión están ayudando a los investigadores médicos a desarrollar enfoques terapéuticos únicos. Al buscar mejorar la tecnología, también debemos esforzarnos por innovar", dijo Megan Creighton, coautora del estudio y profesora asistente de ingeniería química y biológica.
"Descubrimos que la trompa del mosquito podía soportar ciclos de impresión repetidos siempre que las presiones se mantuvieran dentro de límites seguros. Manipulada y limpiada correctamente, una boquilla puede reutilizarse varias veces", precisa el profesor Cao.
"Gracias al uso de materiales bióticos como sustitutos viables de componentes técnicos complejos, este trabajo allana el camino para soluciones sostenibles e innovadoras en el campo de la fabricación avanzada y la microingeniería", concluye el profesor Li.
El estudio
El artículo "3D Necroprinting: Leveraging biotic material as the nozzle for 3D printing", por Justin Puma, Megan Creighton, Ali Afify, Jianyu Li, Changhong Cao y col., fue publicado en Science Advances.
La investigación fue financiada por el fondo Nuevas Fronteras en Investigación - componente Exploración, el Programa de Subvenciones para Descubrimientos del Consejo de Investigación de Ciencias Naturales e Ingeniería de Canadá (NSERC), el Programa de Apoyo a la Investigación para Nuevos Profesores del Fondo de Investigación de Quebec - Naturaleza y Tecnologías (FRQNT), el Fondo de Líderes John R. Evans de la Fundación Canadiense para la Innovación, el Programa de Cátedras de Investigación de Canadá y una subvención NOVA - FRQNT-NSERC.