El primer fantoma de cerebro impreso en 3D y de alta resolución

Cada vez es más recurrente encontrar a la impresión 3D en el campo médico para la producción de órganos. En 3Dnatives hemos estado al tanto de todos los proyectos de bioimpresión 3D de órganos y tejidos. El día de hoy somos testigo de un nuevo avance. Resulta que investigadores de Viena han desarrollado lo que afirman ser el primer fantoma cerebral del mundo, de alta resolución e impreso en 3D. Los investigadores esperan que sea útil para seguir investigando enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer, el Parkinson y la esclerosis múltiple, así como para planificar operaciones.

El avance se logró en el marco de una colaboración entre la Universidad Médica de Viena (MedUni Vienna) y la Universidad Tecnológica de Viena (TU Wien). El modelo de cerebro impreso en 3D, que los científicos también denominan «fantoma cerebral», apenas se parece visualmente a un cerebro real. Tiene forma de cubo y es bastante más pequeño. Sin embargo, el modelo contiene en su interior diminutos microcanales llenos de agua que imitan los nervios craneales. Asimismo, su tamaño corresponde a una quinta parte del ancho de un cabello humano.

Créditos de la foto: MedUni Vienna

El objetivo del modelo es imitar la estructura de las fibras nerviosas del cerebro y visualizarlas mediante resonancia magnética ponderada por difusión, una forma especial de IRM. La resonancia magnética se utiliza sobre todo para examinar la estructura y función del cerebro, mientras que la RM ponderada por difusión es incluso capaz de identificar la dirección de las fibras nerviosas en el cerebro. El fantoma cerebral impreso en 3D ayudará a optimizar el procedimiento de RM ponderada por difusión y a probar nuevos métodos de análisis y evaluación. Esto debería resultar útil ya que hasta el momento es muy difícil determinar la dirección de las fibras nerviosas. Principalmente, porque estas se mueven en diferentes direcciones y se solapan en los puntos de cruce de los haces de fibras nerviosas.

Impresión 3D de un fantoma cerebral

La impresión en 3D ha representado muchas ventajas para la producción de este «fantoma cerebral», ya que puede utilizarse para crear diseños complejos y diversos de forma flexible. Puede someterse a repetidas iteraciones de diseño para su mejor adaptación y modificación. Por tanto, los fantomas cerebrales impresos en 3D también pueden representar las complejas fibras nerviosas superpuestas del cerebro. El modelo se examina mediante RM ponderada por difusión del mismo modo que un cerebro real y se analizan los datos. Otra ventaja es que la estructura impresa, al conocerse perfectamente, los resultados del análisis de la RM ponderada por difusión pueden verificarse. Gracias a estos fantomas cerebrales impresos en 3D con una imitación realista de la estructura de las fibras nerviosas, el software de análisis de la RM ponderada por difusión también puede mejorarse.

Para imprimir en 3D las estructuras de las fibras nerviosas, los investigadores utilizaron la polimerización de dos fotones (2PP). Esta suele emplearse para la fabricación aditiva de microestructuras en el rango nanométrico y micrométrico. Los investigadores ampliaron el proceso de 2PP para obtener fantomas cerebrales con detalles de alta resolución adecuados para la RM ponderada por difusión.

Uno de los autores principales del estudio del Centro de Física Médica e Ingeniería Biomédica del MedUni de Viena, Michael Woletz, explicó: «Los avances en fotografía con cámaras de teléfonos móviles, no necesariamente son mejoras en lentes nuevas, sino en el software que mejora las imágenes capturadas. La situación es similar con la RM ponderada por difusión. Utilizando el fantoma cerebral recién desarrollado, podemos ajustar el software de análisis con mucha más precisión para mejorar así la calidad de los datos y reconstruir la arquitectura neuronal del cerebro con mayor exactitud».

El diseño del fantoma cerebral y la validación (créditos de las fotos: Woletz et al.)

Según Franziska Chalupa-Gantner, del grupo de investigación Impresión y Biofabricación de la Universidad Técnica de Viena: «La alta resolución de la polimerización de dos fotones permite imprimir detalles en el rango micro y nanométrico, por lo que resulta muy adecuada para obtener imágenes de los nervios craneales. Sin embargo, se necesita mucho tiempo para imprimir un cubo de varios centímetros cúbicos con esta técnica. Por tanto, no solo pretendemos desarrollar diseños aún más complejos, sino también optimizar aún más el propio proceso de impresión». Para más información, puedes consultar el artículo de investigación aquí.

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*Créditos de la imagen de portada: MT Portal