Cómo la impresión 3D volumétrica logró ser compatible con células vivas
Un equipo de la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL) acaba de publicar su tercera mejora a una técnica de impresión 3D volumétrica que empezó en 2017. La última versión es 70 veces más eficiente que las anteriores y, por primera vez, permite imprimir estructuras con células vivas.
El resultado del nuevo estudio es una oreja humana de tamaño real impresa en hidrogel a base de gelatina. La oreja lleva células humanas embebidas que, seis días después de la impresión, seguían vivas y habían empezado a organizarse en redes. Para entender por qué eso importa, hay que retroceder casi una década.
Oreja impresa mediante el proceso TVAM (créditos de la foto: LAPD / EPFL).
¿Qué el el TVAM?
La técnica en cuestión se llama tomographic volumetric additive manufacturing (TVAM). En lugar de construir objetos capa por capa como hace una impresora 3D convencional, el TVAM consiste en proyectar una luz láser desde distintos ángulos a un recipiente giratorio lleno de resina fotosensible. Donde la energía acumulada supera un umbral, la resina se solidifica. El objeto entero se forma de una vez, en tan solo unos segundos.
La técnica lleva desarrollándose en la EPFL desde 2017, cuando un primer equipo sentó las bases del método. Unos años después, el grupo del profesor Christophe Moser en el LAPD tomó el relevo. Desde entonces han publicado tres mejoras para las limitaciones que hacían que el método resultara impráctico en aplicaciones biomédicas.
2022: resina opaca. El proceso TVAM clásico solo funcionaba con resinas transparentes, que dejaban pasar la luz sin desviaciones. Las resinas usadas en biomedicina son opacas, y en ellas la luz se dispersa antes de llegar a donde debe. La solución fue usar una cámara para rastrear la trayectoria real de la luz y aplicar correcciones computacionales en tiempo real, logrando casi la misma precisión que con resina transparente.
2025: consumo energético. Aunque a esa altura el proceso ya era rápido y preciso, solo 1% de la luz proyectada llegaba realmente a la resina. Así que necesitaban mucha luz para obtener buenos resultados. Como solución los investigadores optaron por proyectar un holograma directamente en el recipiente de resina giratorio. Así, consiguieron ahorrar 25 veces menos potencia óptica para imprimir los mismos objetos y con una mayor resolución.
2026: la escala y las células vivas. La mejora holográfica de 2025 seguía usando hardware que modulaba la amplitud de la luz, no directamente su fase. En el nuevo trabajo, el equipo implementó por primera vez un dispositivo que controla la fase del haz de luz de forma directa, lo que multiplicó la eficiencia por 70. Con un láser diodo de 150mW, mucho más modesto que los usados anteriormente, imprimieron objetos de un centímetro en minutos y de un milímetro en segundos, y confirmaron la viabilidad celular tras la impresión. Maria Alvarez-Castaño, doctoranda del LAPD y autora principal del estudio declara: «Nuestro enfoque acerca la impresión volumétrica a implantes a escala real y a la fabricación biológicamente compatible usando fuentes láser de baja potencia”.
Objetos impresos en 3D con el proceso TVAM de 2022. A la izquierda, resina transparente; a la derecha, resina opaca antes y después de la corrección (créditos: EPFL/Alain Herzog).
Por qué la fuente de energía lo cambia todo
Puede parecer un detalle técnico, pero no lo es. Las células vivas son sensibles a la luz por lo que sobreexponerlas durante el proceso de impresión las dañaría irreversiblemente. Al reducir la energía requerida 70 veces, el equipo consiguió que el proceso sea compatible con células vivas reales.
La eficacia y precisión demostradas de nuestro método permiten por fin bioimprimir estructuras similares a los tejidos a una escala casi clínica. […] Hemos impreso estructuras considerablemente más grandes que las obtenidas con los métodos holográficos anteriores, a pesar del mayor dispersión de la luz provocada por las células incorporadas. Christophe Moser, director del LAPD.
La estudiante de doctorado María Álvarez-Castaño y el director del LAPD, Christophe Moser (créditos: Adrien Buttier/EPFL).
¿Qué falta todavía?
La oreja impresa es un primer paso. El equipo seguirá trabajando en mejorar la fidelidad de proyección, trabajar con bioresinas de mayor densidad celular y afinar los métodos para imprimir sobre objetos preexistentes. También anuncian una futura variante que eliminaría la rotación del recipiente para simplificar el sistema. Aunque la oreja aún no está lista para ser implantada en una persona, esta investigación de varios años nos deja ver que la bioimpresión va por buen camino. ¿No lo crees? Puedes conocer más sobre el último avance del EPFL aquí.
¿Qué opinas de los avances en impresión volumétrica del EPFL? Deja tus comentarios en nuestras redes sociales: Facebook, LinkedIn y Youtube. ¿Te interesa conocer la actualidad de la impresión 3D médica y dental? Haz clic aquí. Sigue toda la información sobre impresión 3D en nuestra Newsletter semanal.
*Foto de portada: proyección holográfica de un modelo de oreja humana sobre un recipiente de muestra (créditos: Adrien Buttier/EPFL).
