Piel y huesos reparados mediante bioimpresión durante la cirugía
Esquema del proceso de bioimpresión de piel y huesos. Después del escaneo, el hueso y luego las capas de piel se bioimprimen creando una reparación en capas con hueso, una capa de barrera y dermis y epidermis. Crédito: Laboratorio Ozbolat, Penn State
Reparar lesiones traumáticas en la piel y los huesos de la cara y el cráneo es difícil debido a las muchas capas de diferentes tipos de tejidos involucrados, pero ahora, los investigadores han reparado tales defectos en un modelo de rata utilizando bioimpresión durante la cirugía, y su trabajo puede conducir a métodos más rápidos y mejores para curar la piel y los huesos.
«Este trabajo es clínicamente significativo», dijo Ibrahim T. Ozbolat, profesor asociado de Hartz Family Career Development de Ciencias de la Ingeniería y Mecánica, Ingeniería Biomédica y Neurocirugía, Penn State. «Tratar defectos compuestos, reparar tejidos duros y blandos a la vez, es difícil. Y para el área craneofacial, los resultados deben ser estéticamente agradables».
Actualmente, reparar un orificio en el cráneo que involucra ambos huesos y el tejido blando requiere el uso de hueso de otra parte del cuerpo del paciente o de un cadáver. El hueso debe estar cubierto por tejido blando con flujo de sangre, también extraído de otro lugar, o el hueso morirá. Luego, los cirujanos deben reparar el tejido blando y la piel.
Ozbolat y su equipo usaron bioimpresión por extrusión y bioimpresión de gotas de mezclas de células y materiales portadores para imprimir hueso y tejido blando. Informan de sus resultados en Materiales Funcionales Avanzados.
«No existe un método quirúrgico para reparar tejido blando y duro a la vez», dijo Ozbolat. «Es por eso que nos propusimos demostrar una tecnología en la que podamos reconstruir todo el hueso defectuoso hasta la epidermis de una vez».
Los investigadores atacaron primero el problema del reemplazo óseo, comenzando en el laboratorio y pasando a un modelo animal. Necesitaban algo que fuera imprimible y no tóxico y que pudiera reparar un agujero de 5 milímetros en el cráneo. La «tinta de tejido duro» constaba de colágeno, quitosano, nanohidroxiapatita y otros compuestos y células madre mesenquimalescélulas multipotentes que se encuentran en la médula ósea que crean hueso, cartílago y grasa de la médula ósea.
La tinta de tejido duro se extruye en temperatura ambiente, pero se calienta a la temperatura corporal cuando se aplica. Esto crea un entrecruzamiento físico del colágeno y otras partes de la tinta sin cambios químicos ni la necesidad de un aditivo de entrecruzamiento.
Los investigadores utilizaron la impresión de gotas para crear el tejido blando con capas más delgadas que el hueso. . Utilizaron colágeno y fibrinógeno en capas alternas con compuestos de entrecruzamiento y potenciadores del crecimiento. Cada capa de piel, incluidas la epidermis y la dermis, es diferente, por lo que las capas de tejido blando bioimpresas diferían en su composición.
Los experimentos de reparación de orificios de 6 mm en la piel de espesor completo resultaron exitosos. Una vez que el equipo entendió la piel y el hueso por separado, pasaron a reparar ambos durante el mismo procedimiento quirúrgico.
«Este enfoque fue un proceso extremadamente desafiante y, de hecho, dedicamos mucho tiempo a encontrar el material adecuado para el hueso. , la piel y las técnicas de bioimpresión correctas», dijo Ozbolat.
Después de obtener imágenes cuidadosas para determinar la geometría del defecto, los investigadores colocaron la capa ósea. Luego depositaron una capa de barrera que imitaba el periostio, una capa de tejido muy vascularizado que rodea el hueso del cráneo.
«Necesitábamos la barrera para garantizar que las células de las capas de la piel no migraran al hueso y comienzan a crecer allí», dijo Ozbolat.
Después de colocar la barrera, los investigadores imprimieron las capas de la dermis y luego la epidermis.
«Tomó menos de 5 minutos para que la bioimpresora establezca la capa ósea y el tejido blando», dijo Ozbolat.
Los investigadores realizaron más de 50 cierres de defectos y lograron el cierre del 100 % del tejido blando en cuatro semanas. La tasa de cierre del hueso fue del 80 % en seis semanas, pero Ozbolat observó que, incluso con el reemplazo óseo recolectado, el cierre óseo generalmente no alcanza el 100 % en seis semanas.
Según Ozbolat, el flujo de sangre al hueso es especialmente importante y la inclusión de compuestos vascularizantes es el próximo paso.
Los investigadores también quieren traducir esta investigación a aplicaciones humanas y continúan trabajando con neurocirujanos, cirujanos craneomaxilofaciales y cirujanos plásticos en el Centro Médico Hershey de Penn State. . Operan un dispositivo de bioimpresión más grande en animales más grandes.
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Métase en el juego: el papel de un gen en el desarrollo craneal Más información: Kazim K. Moncal et al, IntraOperative Bioprinting of Hard, Soft, and Hard/Soft Tejidos Compuestos para Reconstrucción Craneomaxilofacial, Materiales Funcionales Avanzados (2021). DOI: 10.1002/adfm.202010858 Información de la revista: Advanced Functional Materials
Proporcionado por la Universidad Estatal de Pensilvania Cita: Piel y huesos reparados mediante bioimpresión durante una cirugía (abril de 2021 27) recuperado el 30 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2021-04-skin-bones-bioprinting-surgery.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.