Imprimen en 3D un fantoma de cerebro humano que replica su textura y comportamiento electromagnético

Investigadores de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Misuri han logrado imprimir en 3D un fantoma de cerebro humano artificial. El avance podría cambiar la forma en que los científicos estudian las enfermedades neurológicas, entrenan a profesionales de la medicina y desarrollan herramientas de tratamiento personalizadas.

Por ahora, el modelo mide apenas el 15 % del tamaño de un cerebro humano real, pero el equipo planea producir una versión a escala completa en el próximo año. Lo que distingue a este fantoma es que no solo imita la apariencia del cerebro, sino también su textura mecánica y su comportamiento electromagnético.

El modelo de cerebro impreso en 3D mide el 15 % del tamaño de un cerebro humano real.

¿Qué es un fantoma?

En investigación, una «fantoma» es un modelo o espécimen de prueba diseñado para replicar las propiedades materiales y las características de imagen de tejido biológico real. Este fantoma cerebral permite analizar cómo responde el cerebro a fuerzas mecánicas y ondas electromagnéticas, y proporciona datos que van más allá de lo que pueden ofrecer las simulaciones por computadora.

Un enfoque distinto: la impresión 3D embebida

La mayoría de los modelos de tejido blando se fabrican con métodos que producen una estructura interna uniforme, lo cual no captura la naturaleza heterogénea del tejido cerebral real. Para superar esta limitación, el equipo de la Universidad de Misuri usó una técnica llamada impresión 3D embebida.

En lugar de imprimir al aire libre, el modelo se imprimió dentro de un recipiente de soporte con consistencia gelatinosa. Este medio le da a la pieza la estabilidad estructural necesaria para reproducir la rigidez variable del cerebro según la región, así como sus pliegues y surcos.

La impresión 3D incrustada permite que el modelo tenga una rigidez variable.

Una tinta personalizada que imita el tejido cerebral

Una de las innovaciones centrales de esta investigación es el desarrollo de una tinta especial: un polímero común modificado que los investigadores pueden ajustar con precisión para replicar las propiedades mecánicas, térmicas y dieléctricas del tejido cerebral.

Al modificar la química de la tinta, el equipo puede imprimir regiones que se comportan como materia gris o materia blanca:

• La materia gris se encuentra en el cerebro y la médula espinal. Interviene en el pensamiento, el movimiento y la memoria, y tiene un papel clave en el procesamiento de la información, el control de las acciones y la regulación de emociones.
• La materia blanca conduce, procesa y transmite señales nerviosas a lo largo de la médula espinal, e interpreta la información sensorial proveniente del cuerpo.

Christopher O’Bryan, profesor adjunto de ingeniería mecánica y aeroespacial y coautor del estudio, lo explicó así: «Los tejidos humanos son increíblemente heterogéneos, están compuestos por materiales distintos con propiedades diferentes. Nuestro método de impresión 3D nos permite capturar esa complejidad de una manera que antes no era posible».

Aplicaciones: de la formación médica a la investigación neurológica

El fantoma cerebral impreso en 3D tiene un amplio abanico de aplicaciones potenciales en medicina e investigación:

• Educación médica: médicos y estudiantes pueden practicar con modelos cerebrales realistas de forma segura y repetida antes de trabajar con pacientes.
• Planificación de tratamientos personalizados: a partir de resonancias magnéticas o tomografías de cada paciente, se podrían generar modelos cerebrales a la medida para que los médicos planifiquen estrategias de tratamiento.
• Pruebas de dispositivos médicos: los modelos permiten estudiar cómo interactúan los implantes o los dispositivos electrónicos cotidianos con el tejido cerebral.
• Investigación de enfermedades neurológicas: los fantomas podrían ayudar a estudiar la progresión de trastornos como la enfermedad de Alzheimer, los aneurismas cerebrales y las lesiones cerebrales traumáticas.

Mujtaba Rafique Ghoto, estudiante de doctorado e investigador principal del estudio, destacó el alcance del proyecto: «Se trata de darle a las comunidades médica y científica una herramienta que sea realista y personalizada a la vez. Las posibilidades para mejorar la salud y la seguridad son enormes».

Mujtaba Rafique Ghoto (izquierda) y Christopher O’Bryan preparan los modelos informáticos utilizados durante el proceso de impresión 3D.

Detalles del estudio

La investigación se ha publicado en la revista Materialia con el título: «3D-printing soft tissue phantom models from photo-crosslinkable poly(vinyl alcohol) methacrylate».

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*Créditos de todas las fotos: Abbie Lankitus