Un equipo de ingenieros biomédicos del Instituto Tecnológico Technion, en Haifa (Israel), ha probado con éxito un innovador método con ultrasonido, no invasivo, para administrar estructuras, células y fármacos en tejidos internos del organismo.
La publicación científica Small Methods acoge el estudio experimental sobre esta tecnología basada en materiales acústicamente sensibles que se polimerizan mediante inducción de ultrasonidos, a través de un transductor externo de forma rápida y local, sin fotoiniciadores ni precursores adicionales.
El grupo de investigadores, dirigidos por el profesor Shulamit Levenberg, protagonizan este método innovador no invasivo para bioimprimir células y tejidos vivos en las profundidades del cuerpo, mediante irradiación de ondas sonoras externas.
Es bien sabido por los especialistas que numerosas aplicaciones biomédicas necesitan la entrega precisa de materiales biocompatibles para diversos fines, como la liberación localizada de fármacos, el injerto de tejidos y la implantación de células y tejidos diseñados para la regeneración de órganos.
Actualmente, las cirugías altamente invasivas son la norma y se acompañan de riesgos que incluyen infección, daño tisular y largos períodos de curación, como recuerdan en este estudio.
Con este nuevo método innovador, las células o medicamentos se administran dentro de una tinta de fluido biológico directamente al área tratada en lo profundo del cuerpo, mediante inyección directa o cateterismo. Posteriormente, el tejido diseñado se imprime, utilizando ondas sonoras emitidas por un transductor ultrasónico externo. Así, el tejido diseñado se puede construir en lo profundo del organismo sin exponer el sitio tratado.
La versatilidad de la nueva tecnología se demuestra en contextos como el trasplante de células locales, la administración continua de fármacos localizada a lo largo del tiempo y la bioimpresión tridimensional.
Las propiedades mecánicas de los injertos se pueden adaptar según el tejido objetivo y la tasa de liberación del fármaco deseada, como aseguran estos científicos. En definitiva, esta prometedora tecnología puede cambiar el paradigma del enfoque de entrega de material local y no invasivo en muchas aplicaciones clínicas, así como un nuevo método de impresión: la impresión acústica para la impresión 3D y la bioimpresión in situ.
En este trabajo, sus autores recuerdan que durante los últimos años “se han desarrollado varios enfoques, incluida la inyección de suspensión celular, perlas cargadas de células o armazones inyectables con memoria de forma celularizada”.
Sin embargo, “estos métodos se limitan en el tamaño y la forma de la construcción, o tienen un control mínimo sobre el material y la distribución celular en la ubicación objetivo. Otra posible solución se basa en la bioimpresión directa in situ y la polimerización no invasiva basada en luz”.
Para estos ingenieros biomédicos, “esos enfoques prometedores se limitan principalmente a la reconstrucción del tejido superficial o de varios milímetros por vía subcutánea. La necesidad de una entrega segura y no invasiva de estructuras y células para tratar tejidos y órganos profundos sigue siendo un desafío importante”.
Una opción para superar la profundidad de penetración de la polimerización basada en luz es el uso de ondas de ultrasonido. El ultrasonido se utiliza en medicina como modalidad de obtención de imágenes y como medio terapéutico dependiendo de la frecuencia y potencia del transductor ultrasónico.
El ultrasonido se considera seguro en general y rentable, con amplia distribución y disponibilidad. Además, estas ondas tienen la capacidad de alcanzar los tejidos internos, lo que proporciona otro método potencial de polimerización in situ no invasiva. Además, se han utilizado ondas de ultrasonido para crear patrones acústicos in vitro de células vivas.
En este contexto, el equipo añade que “el uso de la sonoquímica para la polimerización mediada por ultrasonidos se desarrolló para diversas aplicaciones industriales y se basó en la inducción de cavitación inestable dentro de soluciones acústico-sensibles. A esto le sigue la formación de radicales y una reacción en cadena, que da como resultado la formación de un hidrogel estable unido covalente o la inducción del curado térmico de materiales a base de silicio para imprimir objetos elastoméricos”.
No obstante, la adopción de esta tecnología para aplicaciones biomédicas que involucran células vivas sigue siendo limitada.
En este trabajo, sugieren varias aplicaciones biomédicas potenciales basadas en la polimerización mediada por ultrasonido que permite una nueva solución para la administración local de materiales acelulares, celulares o cargados de fármacos de una manera segura y mínimamente invasiva.
El concepto se basa en la capacidad de transferir energía a lo profundo del cuerpo mediante inducción ultrasónica de forma segura y local.
Se puede inyectar una solución sensible al acústico biocompatible en el área objetivo y polimerizar localmente mediante un transductor de ultrasonido externo para facilitar un andamio de diseño con microestructura y propiedades mecánicas controladas.
La solución acustosensible también se puede precargar con células y/o fármacos que sirvan como plataforma de administración para terapias basadas en células o para la liberación local y sostenida de fármacos.
Otra aplicación prometedora del método presentado es la impresión 3D basada en acústica y la bioimpresión in situ. La inducción se puede aplicar para facilitar la polimerización de objetos impresos en 3D en un baño de soporte o iniciando la polimerización espaciotemporal de objetos 3D mediante ultrasonido enfocado (FUS).