por David | Jul 15, 2022 | Sin categoría
Este tipo de modelos como el del corazón miniatura se pueden utilizar para estudiar enfermedades cardíacas y probar posibles terapias, sin necesidad de una cirugía invasiva
Investigadores de la Universidad de Toronto desarrollaron un modelo miniatura de un ventrículo izquierdo del corazón humano en el laboratorio, a partir de tejido bioartificial hecho a partir de células vivas del corazón, el cual late.
De acuerdo con los científicos, la construcción de este corazón humano miniatura hecho de tejido bioartificial es capaz de latir lo suficiente como para bombear fluido dentro de un biorreactor.
En el corazón humano, el ventrículo izquierdo es el que bombea sangre recién oxigenada a la aorta, y de ahí al resto del cuerpo.
Entre los desafíos que enfrentaron los investigadores estuvieron el cultivar células humanas en 3D, para ello utilizan andamios diminutos de polímeros biocompatibles. Estas células se dejan crecer en un líquido que les permite crecer juntas y formar un tejido.
Para el ventrículo izquierdo bioartificial, sus autores, Mohammad Hossein Mohammadi y Sargol Okhovatian crearon un andamio con forma de hoja plana de tres paneles similares a una malla. Después de sembrar el andamio con células y dejarlas crecer durante aproximadamente una semana, los investigadores enrollaron la lámina alrededor de un eje de polímero hueco, al que llaman mandril.
El resultado obtenido fue un tubo compuesto por tres capas superpuestas de células cardíacas que laten al unísono, bombeando líquido por el orificio al final.
Este ventrículo de corazón miniatura tiene un diámetro interior del tubo es de 0,5 milímetros y su altura es de aproximadamente un milímetro, lo que lo convierte en el tamaño del ventrículo de un feto humano en la semana 19 de gestación.
Por el momento, el modelo solo puede producir una pequeña fracción, menos del 5%, de la presión de eyección que podría producir un corazón real, pero Okhovatian dice que esto es de esperar dada la escala del modelo.
“Con nuestro modelo, podemos medir el volumen de eyección, la cantidad de líquido expulsado cada vez que se contrae el ventrículo, así como la presión de ese líquido”, dice Sargol Okhovatian, quien indicó que esto era “casi imposible de conseguir con los modelos anteriores”.
También agregó que el trabajo futuro se centrará en aumentar la densidad de las células para aumentar el volumen y la presión de eyección.
Aunque el modelo de prueba de concepto representa un progreso significativo, todavía queda un largo camino por recorrer antes de que los órganos artificiales completamente funcionales sean posibles.
Esta pieza de corazón miniatura desarrollado en laboratorio podría ofrecer a los investigadores una nueva forma de estudiar una amplia gama de enfermedades y afecciones cardíacas, así como de probar posibles terapias.
Este desarrollo fue publicado en la revista especializada Advanced Biology por Okhovatian, Mohammadi y Milica Radisic, quien es la autora principal del estudio.
Los tres expertos son líderes en el mundo que diseñan, construyen y prueban dispositivos miniaturizados para controlar el flujo de fluidos a escala micrométrica, un campo conocido como microfluidos.
“Con estos modelos, podemos estudiar no solo la función celular, sino también la función de los tejidos y los órganos, todo sin necesidad de cirugía invasiva o experimentación con animales. También podemos usarlos para examinar grandes bibliotecas de moléculas candidatas a fármacos en busca de efectos positivos o negativos”, indico Radisic.
https://invdes.com.mx/ciencia-ms/cientificos-crean-una-pieza-del-corazon-humano-en-miniatura-y-late/
por David | Jul 8, 2022 | Sin categoría
Un grupo de físicos australianos han creado el primer procesador cuántico a escala atómica del mundo, cabe destacar que este es un avance para la creación de equipo de cómputo más rápidos y eficientes, con más capacidad y que ayudará a imitar el comportamiento de las moléculas.
El avance tecnológico fue diseñado y llevado a la realidad por un equipo de investigadores de la Universidad de Nueva Gales del Sur (UNSW) en Sydney, Australia, quienes anteriormente habían creado un resonador dieléctrico.
Cabe destacar que este chip cuántico es un avance enorme en lo que destaca a la computación, ya que se había buscado la superposición de información como sucede en la física cuántica.
“Este es el descubrimiento más emocionante de mi carrera”, dijo a ScienceAlert la autora principal y física cuántica Michelle Simmons, fundadora de Silicon Quantum Computing y directora del Centro de Excelencia para Computación Cuántica y Tecnología de la Comunicación en la UNSW.
Simmons y su equipo no solo crearon lo que es esencialmente un procesador cuántico funcional, sino que también lo probaron con éxito al modelar una pequeña molécula en la que cada átomo tiene múltiples estados cuánticos, algo que una computadora tradicional tendría dificultades para lograr.
Esto sugiere que ahora estamos un paso más cerca de finalmente usar el poder de procesamiento cuántico para comprender más sobre el mundo que nos rodea, incluso en la escala más pequeña.
“En la década de 1950, Richard Feynman dijo que nunca entenderemos cómo funciona el mundo, cómo funciona la naturaleza, a menos que podamos comenzar a hacerlo en la misma escala”, dijo Simmons a ScienceAlert.
Crean el primer chip cuántico de la historia
por David | Jul 1, 2022 | Sin categoría
A diferencia de dispositivos convencionales rígidos y con componentes electromecánicos pesados e incómodos, EsoGlove –como se ha llamado el invento- es ligero y fácil de usar, permitiendo al usuario realizar ejercicios de forma personalizada sin la asistencia de un terapeuta.
Hecho de materiales suaves, este dispositivo nuevo es una mejoría de los dispositivos robóticos convencionales de la rehabilitación de la mano, pues tiene sensores para detectar señales del músculo y se ajusta a los movimientos naturales de la mano humana, reduciendo molestias y el riesgo de lesión.
Este guante robótico es también compacto y portátil, apto tanto para los pacientes que se están recuperando en casa o los que están postrados en cama, pues ambos podrían realizar los ejercicios de rehabilitación con mayor facilidad y comodidad.
Raye Yeow, miembro clave del equipo de investigación especializado en robótica portátil, explica que para recuperar las funciones de la mano, el paciente necesita programas de rehabilitación que implican tareas pautadas y repetitivas, como coger y soltar objetos. Estos ejercicios son a menudo muy intensivos y se limitan al ámbito clínico, bajo el asesoramiento de un terapeuta.
Sin embargo, EsoGlove está diseñado para permitir al paciente realizar los ejercicios en diversos ámbitos, ya sea en un centro de rehabilitación, la habitación de un hospital o incluso en casa. Además, al estar equipado con tecnología capaz de detectar e interpretar señales musculares, puede ser de utilidad en tareas cotidianas, por ejemplo, guiando los dedos para coger una taza.
El ictus es la primera causa de discapacidad grave en el adulto, la principal causa de muerte entre las mujeres y la segunda en los varones, según la Organización Mundial de la Salud. Sobrevivir a un ictus o infarto cerebral implica, en muchas ocasiones, convivir con sus secuelas. La más común es la paralización o la pérdida de movimiento en la mitad superior del cuerpo, especialmente en una de sus extremidades, lo que supone una pérdida considerable en la calidad de vida. Por ello, este dispositivo es de gran ayuda para estos pacientes.
Cómodo e intuitivo
«EsoGlove es único, ya que los componentes son blandos y no requiere ajustes mecánicos complicados”, destaca el profesor Yeow. De hecho, el cuerpo principal del guante está hecho de lycra, con unos sensores de caucho de silicona por encima.
Además, se adapta al tamaño de la mano con cintas de velcro ajustables. Todos materiales lavables.
El guante está conectado a un sistema de control que modula la presión de aire que dirige a los sensores, de forma que cuando están presurizados por el aire, aplican fuerzas distribuidas por todo el dedo para doblarlo, extenderlo o girarlo según el movimiento deseado. Este nuevo método no limita los movimientos naturales del dedo, a diferencia de los dispositivos convencionales, que utilizan conexiones más rígidas.
Otra ventaja es que cada sensor funciona de forma independiente, asistiendo a cada dedo por separado. Asimismo, el sistema de control se puede adaptar a una mesa, para pacientes postrados en cama, así como a una versión de cinturón, para aquellos que se pueden mover y se recuperan en casa.
EsoGlove utiliza un mecanismo de control intuitivo que implica la incorporación de tecnologías de identificación de electromiografía y radiofrecuencia. De esta forma, el guante robótico puede detectar la intención de un paciente de realizar una acción concreta con la mano, como coger un bolígrafo o una taza.
Al interpretar el estímulo nervioso hacia el músculo, el guante hace que el usuario mueva los dedos de forma intuitiva para ejecutar una tarea específica de objetos de diferentes formas y tamaños.
El colaborador clínico del equipo, el doctor Lim Jeong Hoon, asegura que con esta “investigación única, podemos desarrollar herramientas terapéuticas que utilicen tecnología robótica segura y portátil”. Como consecuencia, se da a los pacientes la oportunidad de regular y tomar la iniciativa en su propio proceso de rehabilitación, en lugar de ser como hasta ahora meros receptores pasivos de la intervención de los terapeutas.
El profesor Yeow y su equipo iniciarán los estudios clínicos en el Hospital de la NUS el próximo mes de febrero, para validar el rendimiento del dispositivo, conocer las sensaciones de los pacientes y perfeccionar así el diseño en la medida de lo posible.
https://www.ingbiomedica.com/blog/guante-robotico-ayuda-a-recuperar-los-movimientos-de-la-mano/
por David | Jun 24, 2022 | Sin categoría
La bioimpresión significa tener instrumentos para ofrecer soluciones adaptadas a cada paciente en lugar de adaptar al paciente a la solución. Es una técnica que aprovecha los beneficios que tiene la impresión 3D – como puede ser la libertad de diseño, el poder trabajar con los pequeños detalles o hacer geometrías que con otras tecnologías no se podrían conseguir– para recrear tejido vivo e incluso el día de mañana órganos completos.
Por eso es necesario empezar por distinguir entre impresión 3D y bioimpresión. El informe de La Roche para la primera dice que es una técnica de fabricación por adición mediante la aplicación capa por capa de un material (resinas, polímeros, materiales cerámicos). Mientras que la segunda es dar un paso más allá, se obtienen estructuras tridimensionales mediante la incorporación de materiales biológicos, bioquímicos y células vivas. Su objetivo principal es la fabricación de estructuras humanas complejas en 3D con propiedades biológicas y mecánicas que permitan restaurar la función de un tejido o un órgano. Su uso a gran escala modificará la forma de abordar las diversas patologías existentes.
En ese sentido ya en 2010 la Universidad de Granada creaba el primer órgano bioartificial de España, en el mismo mes que el Hospital Gregorio de Marañón en Madrid desarrollaba la primera fábrica de órganos bioartificiales del mundo. Así el director del equipo de investigación, el profesor Antonio Campos, comenta que empezaron en 2004 con tejidos artificiales de córneas. Crearon un modelo a través de un proceso de descelularización, que consistió en extraer las células a una córnea de cerdo, dejando el andamio del órgano, e incorporando células humanas.
También han fabricado modelos de piel artificial, nervios periféricos y paladar artificial. «Ahora estamos intentando desarrollar piel artificial que incluyan en su interior antibióticos, para obtener los mejores resultados frente a las contaminaciones bacterianas que se pueden producir durante los injertos», comenta Campos.
Señala que también usan otros productos procedentes de compuestos orgánicos de la naturaleza, como las algas, con el fin de construir fundamentalmente en el laboratorio tejidos que puedan sustituir a los tejidos lesionados. «Siempre digo que la humanidad ha estado curando de cuatro formas, con la química de las plantas hasta los fármacos de diseño que se hacen en este momento, también ha curado con la física, con el frío y el calor hasta las radiaciones que se usan en las terapias oncológicas. Ha usado la cirugía y ha intentado sanar con la palabra mediante la psiquiatría. Ahora se cura con células y con tejidos artificiales, lo que es una nueva forma de terapéutica».
A ello se une que hoy en día los tejidos artificiales creados por ingeniería tisular y las células que producen una acción terapéutica son considerados medicamentos, por tanto tienen que pasar la aprobación de la Agencia Española de Medicamentos siguiendo las directrices europeas. Y desde que empezaron, Campos considera que ha habido un crecimiento extraordinario unido al espaldarazo de la bioimpresión, generándose ideas y aplicaciones en áreas distintas que trabajan mano a mano, pasando por los que investigan con tejidos, los de ciencias de materiales o inmunología. Estima que los próximos retos en este campo serán desarrollar unos modelos de evaluación y control específico para estos productos, y asegurar la prestación de los servicios que puedan mejorarse con la bioimpresión y la generación de órganos bioartificiales en los sistemas públicos.
Apuesta pionera
Una de las empresas pioneras que se abrió camino en este campo es Regemat 3D, con sede en Granada, creada por el ingeniero y doctorado en biomedicina José Manuel Baena. Su interés por el área sanitaria empezó cuando estudiaba ingeniería industrial en Valencia, y en 2006 le llamó la atención desarrollar la bioingeniería en el ámbito sanitario, por aquel entonces era un campo emergente. Un problema de salud de sus abuelos le llevó a comprender que todos seremos en el futuro usuarios de dispositivos médicos.
En el año 2010 fundó Breca Heatlh Care y en 2011 se reunió con un investigador de Granada, Juan Antonio Marchal, que estaba trabajando con células madre para regenerar cartílago. Este investigador le comentó que las células se mueren si no las pones en una estructura tridimensional, pero se preguntaba si en lugar de imprimir en titanio podría desarrollarse una máquina para imprimir biomateriales. Baena se integró en su grupo de investigación, y en 2015 creó Regemat 3D.
El valenciano Baena señala que mientras que Breca Health Care fabrica prótesis e implantes a medida, básicamente en titanio con una impresión 3D para reconstruir una lesión. Regemat 3D lo que hace es desarrollar una tecnología de biofabricación, no para recuperar la lesión, sino para regenerar la lesión. La solución que ofrecen es complementaria, una es el presente y otra es el futuro.
La impresión 3D en el año 2008 creó muchas expectativas, luego vino una caída en el año 2012, pero cuando esas expectativas generen retorno se volverá a producir un gran interés. Bajo esa lógica Baena calcula que la bioimpresión dentro de 3 años empezará a despuntar. Con la pandemia se ha empezado a dar más importancia a todo el sector biotecnológico. Baena establece sobre los cambios: «En estos años hemos visto el paso de lo real a lo virtual, la impresión 3D es lo contrario es el paso de lo virtual a lo real».
Explica que con la bioimpresión hemos conseguido aprender más rápido como se comporta la célula en un ambiente similar al ambiente in vivo. En ese sentido experimentar con modelos de animales tienen una problemática, además de ética, que reside en que envejecen de forma muy diferente al ser humano. «En nuestro país dentro de unos años los problemas van a ser los derivados del envejecimiento, con lo que el modelo animal no va a resultar tan útil».
Regemat fue de las primeras empresas que fabricaba bioimpresoras. El año pasado con la pandemia montaron un laboratorio de investigación dentro de la empresa. Y actualmente trabajan con 28 países. A día de hoy están a un millón de euros de facturación y esperan tener un crecimiento del 60%.
A nivel interno sus productos estrella son hueso y cartílago, y a largo plazo intentarán regenerar la médula espinal para pacientes con lesiones de médula. Un caso mediático en el que intervinieron fue el de Sidney. Usaron sus bioimpresoras para regenerar tejido cardíaco necrosado por infarto. Imprimieron un parche sobre el que se inyectaron células madre del propio paciente. Recuperando el tejido necrosado tras un infarto.
El año pasado decidieron hacer una ronda de crowdfunding. Este año se va a hacer otra ronda para seguir ampliando la red comercial y sacar otro nuevo producto. La empresa española fue la segunda del mundo que sacó su software de bioimpresion. Baena, el CEO de Regemat considera que los grupos más grandes todavía no se han metido en la bioimpresión, pero lo harán en el futuro. No obstante, señala que falta financiación pública y se necesita un rediseño de las políticas de inversión en biotech».
Pulmones del futuro
En la Universidad de Barcelona, el grupo al que pertenece Jordi Otero se dedica principalmente a la ingeniería de tejidos para la medicina regenerativa. «Históricamente nos hemos dedicado a las enfermedades respiratorias. Hemos trabajado en la bioimpresión y en la investigación de biomateriales para aplicaciones de pulmón», afirma.
El investigador detalla que trabajan con pulmones de cerdo, a los que les quitan todas las células y se pulverizan y acaban teniendo pulmón de cerdo en polvo, y con ello mediante diversos procesos químicos se fabrican hidrogeles que es con lo que se puede bioimprimir. También usan la descelularización, se quitan todas las células y cultivan otras, manteniendo la estructura del pulmón. Eso ya se ha probado en animales pequeños, en ratas, y en animales grandes como cerdos. El problema está en que para reconstruir un pulmón los alvéolos son muy pequeños y la resolución de las impresoras no es suficiente. La técnica más avanzada se publicó hace un año en `Science´ usando material sintético, se logró hacer una estructura de un alveólo con capilares alrededor.
Llevan cinco años con el proyecto y colaboran con la Universidad de Vermont en USA, con el grupo del profesor Daniel Weiss. «El que haya una empresa de bioimpresión a un precio asequible permite un mayor desarrollo y presencia en hospitales públicos, y en el sector privado veremos que la impresión 3D en odontología evolucionará a la bioimpresión», comenta Otero.
Cualquier órgano tiene miles de proteínas diferentes, conseguir mimetizar eso con un material sintetizado es muy complicado. La ventaja de la bioimpresión es que podemos hacer muchas réplicas porque tenemos automatizado el proceso, esto permite sacar mejores conclusiones. Otero explica: «Nosotros tenemos variabilidad en los experimentos porque los corazones son distintos de un cerdo a otro. Estamos dando pequeños pasos, pero todavía queda un largo camino. Un pulmón no es solo replicar la estructura hay que vascularizarlo e inervarlo».
Los primeros pasos
De primeros pasos sabe Abax Innovation Technologies, una pequeña empresa madrileña que nació hace seis años, y que se dedica a la impresión en 3D en diversos sectores, y recientemente está iniciando su inmersión en bioimpresión, porque va en el espíritu de la empresa no perder ninguna oportunidad de innovar. En cuanto a biomedicina Abax están trabajando con la Escuela Técnica Superior de Ingeniería (ICAI). , directora comercial de la empresa detalla que en junio alcanzaron récord de ventas y que están creciendo a dos dígitos.
Se tienen que completar los ensayos clínicos, dejar todo definido para saber si se ha conseguido el objetivo, El fundador de la empresa, Salvador Peso García, matiza: «Estamos en investigación y generación de organoides, que son una fase previa, son unas estructuras más pequeñas que un órgano e intentan imitar las funciones de órganos más grandes, y sobre eso se hace experimentación».
En cuanto a su servicio de impresión en 3D en el tema sanitario se apoya en tres verticales: la primera es la generación de biomodelos, es decir a partir de imágenes médicas que se pueden obtener por ejemplo de una resonancia magnética. Las convierten en un archivo 3D, ese archivo se imprime y se le da al sanitario para que pueda abordar una planificación de la operación. Peso García detalla: «En un caso quirúrgicamente complicado que requiere una planificación superior esto aporta un grado extra de seguridad, menor estrés para el médico y menor riesgo para el paciente», porque si eres capaz de simular una operación previamente, el tiempo de quirófano se ve reducido, al igual que el tiempo que está anestesiado el paciente.
La segunda vertical es la utilidad de la impresión 3D como simulador de entrenamiento para estudiantes de medicina, en lugar de un maniquí que sea estándar se puede hacer uno con escoliosis o sobrepeso para tener en cuenta la variabilidad de perfiles existentes. Asimismo para la formación resulta útil tener piezas tridimensionales, para conocer volumétricamente lo que uno está estudiando. Y luego, en tercer lugar está el I+D, encuentras que al introducir tecnología en proyectos sanitarios aparecen nuevas aplicaciones sugeridas por los expertos en las distintas áreas médicas.
También están trabajando con gente que está haciendo nuevos materiales en las Rozas, relacionados con el grafeno y los nanomateriales. Begoña Hernández señala en relación a la bioimpresión:«Es una industria incipiente, pero fascinante», .
Fuente: https://www.abc.es/economia/abci-bioimpresion-comienza-construir-cimientos-medicina-personalizada-202107110118_noticia.html
por David | Jun 17, 2022 | Sin categoría
Ingenieros han inventado una avanzada interfaz cerebro-ordenador en la cual la parte que debe estar en contacto con el cerebro es flexible. Gracias a ello, puede amoldarse mejor al relieve curvo y complejo de la superficie del cerebro y distribuir más uniformemente las microagujas que desempeñan la función de electrodos y que deben penetrar un poco en la corteza cerebral. Esa flexibilidad puede además reducir la irritación del tejido cerebral que está en contacto con ese extremo de la interfaz. Las microagujas, que son 10 veces más finas que el grosor de un cabello humano y que sobresalen de la cinta flexible justo lo necesario, penetran a través de la superficie del cerebro sin agujerear las vénulas de la superficie o cercanas a ella. Una vez posicionadas, registran las señales de las células nerviosas cercanas de manera uniforme y en una amplia zona de la corteza cerebral. Todo esto mejorará enormemente la resolución en la captación de señales provenientes del cerebro. El equipo de Shadi Dayeh, de la Universidad de California en San Diego, Estados Unidos, ha probado en roedores esta nueva interfaz cerebro-ordenador.
Esta nueva interfaz iguala en algunas prestaciones y supera en otras al conjunto de electrodos intracorticales de Utah (o «Utah Array»), que es la interfaz cerebro-ordenador con electrodos de aguja empleada comúnmente. Se ha demostrado que el Utah Array ayuda a recobrar parte de sus capacidades a personas que han sufrido un derrame cerebral o tienen lesiones medulares. Las personas con esta interfaz clásica implantada son capaces de utilizar sus pensamientos para controlar miembros robóticos y otros dispositivos con el fin de restablecer algunas actividades cotidianas como por ejemplo asir objetos y desplazarlos de un punto a otro.
La parte de la interfaz que está en contacto con el cerebro es flexible, conformable al relieve de cada punto y reconfigurable, mientras que la parte equivalente de la interfaz de Utah es dura y rígida. La flexibilidad y conformabilidad de la nueva interfaz favorece un contacto más estrecho entre el cerebro y los electrodos, lo que permite registrar mejor y más uniformemente las señales de la actividad cerebral. Trabajando con roedores como especie modelo, los investigadores han demostrado que los registros de banda ancha son estables y recogen señales robustas durante el tiempo transcurrido desde la implantación de la interfaz, que alcanzó 196 días.
Además, la nueva interfaz permite superficies de detección más grandes, lo que significa que se puede monitorizar simultáneamente un área significativamente mayor de la superficie cerebral.En los experimentos realizados, los investigadores han conseguido insertar 1.024 microagujas (electrodos) y que estas registren con éxito señales desencadenadas por estímulos precisos en el cerebro de las ratas. Esto representa diez veces más microagujas y diez veces más área de cobertura cerebral, en comparación con las tecnologías convencionales. La parte de la nueva interfaz que está en contacto con el cerebro es transparente, además de ser más delgada y ligera que la de las interfaces tradicionales. Gracias a su transparencia, la interfaz facilita la fotoestimulación optogenética al mismo tiempo que capta las señales eléctricas mediante las microagujas. Dayeh y sus colegas exponen los detalles técnicos de la nueva interfaz en la revista académica Advanced Functional Materials, bajo el título “Scalable Thousand Channel Penetrating Microneedle Arrays on Flex for Multimodal and Large Area Coverage BrainMachine Interfaces”.
https://noticiasdelaciencia.com/art/43870/interfaz-flexible-para-conectar-el-cerebro-humano-con-un-ordenador
