Polímero PEG 3D-Imprimible podría transformar MedTech

Ingenieros de la Universidad de Virginia han logrado un avance importante en la tecnología de polímeros. Su nuevo diseño ofrece mayor resistencia y flexibilidad que sus predecesores. Además, puede imprimirse en 3D y es seguro para el cuerpo humano, lo que abre la puerta a innovaciones en diversos sectores. Esto es lo que debes saber.

Redes de Polietilenglicol (PEG)

Este trabajo se centra en las redes de polietilenglicol (PEG). Estas estructuras han ganado terreno en el ámbito biomédico, donde son fundamentales para la ingeniería de tejidos, la administración de fármacos y otras aplicaciones que salvan vidas.

El polietilenglicol se produjo por primera vez en 1859, cuando el químico portugués A. V. Lourenço y el químico francés Charles Adolphe Wurtz describieron de forma independiente productos de polietilenglicol. El uso biomédico del PEG se amplió de forma significativa tras su incorporación a las principales farmacopeas a mediados del siglo XX. Desde entonces, el diseño y el desarrollo del PEG han mejorado. Recientemente también se ha estudiado como una opción viable para fabricar celdas de baterías.

Problemas con el PEG

A pesar de sus crecientes aplicaciones, aún deben superarse varias limitaciones para aumentar su utilidad. En primer lugar, el método de producción actual es costoso y complejo.

El método utiliza un sistema acuoso que facilita el entrecruzamiento de polímeros lineales. El agua sostiene la estructura mientras cristaliza. Una vez formada la red polimérica, se elimina el agua y queda la estructura terminada.

Este método requiere mucho tiempo, es costoso y no resulta escalable. Además, las redes de PEG obtenidas son muy frágiles. Estas estructuras cristalinas quebradizas carecen de flexibilidad, lo que limita sus aplicaciones, especialmente en el ámbito biomédico.

Estudio del Polímero Impreso en 3D

Un equipo de ingenieros acaba de descubrir una forma más sencilla de producir redes de PEG, con alternativas más flexibles que las opciones actuales. El estudio publicado recientemente, Fabricación aditiva de hidrogeles y elastómeros extensibles de polietilenglicol con arquitectura molecular codificada¹, presenta un enfoque completamente nuevo para las redes de PEG que podría impulsar su adopción.

Fuente- Advanced Materials

Por qué la extensibilidad es importante en las redes de PEG

El objetivo central de esta investigación es aumentar la flexibilidad de las redes de PEG. Las redes extensibles podrían cumplir más funciones. Por ejemplo, podrían utilizarse en un mayor número de aplicaciones médicas y a mayor escala, con el objetivo final de emplearlas como andamiaje para el crecimiento de órganos sintéticos.

Inmunológicamente seguro

Como parte del estudio, el equipo debía asegurarse de que las modificaciones del material de la red de PEG no provocaran una respuesta inmunitaria. El sistema inmunitario detecta y elimina elementos extraños, lo que supone un problema en el caso de los implantes. Por ello, los ingenieros comenzaron por investigar y sintetizar materiales y estructuras inmunológicamente seguros.

Imprimible en 3D

El siguiente paso consistió en garantizar que el material pudiera imprimirse en 3D. La investigación condujo al equipo a hidrogeles basados en PEG muy extensibles que incorporaban elastómeros sin disolventes. Los investigadores señalaron que, a diferencia del método acuoso, estas redes podían fabricarse mediante fotopolimerización rápida y productos químicos comerciales disponibles.

Estructuras complejas

La decisión de recurrir a impresoras 3D fue un paso importante que permitió utilizar parámetros de diseño más complejos y útiles. El equipo también observó que podía transformar las estructuras en patrones intrincados simplemente ajustando la luz ultravioleta.

Los investigadores crearon varias estructuras diferentes, cada una con ventajas específicas. Algunas eran rígidas y otras podían estirarse o doblarse. Todas se fabricaron con elastómeros sin disolventes, lo que mejoró su capacidad de adaptación.

Arquitectura de cepillo de botella plegable

Los ingenieros determinaron que las cadenas lineales no eran la mejor opción. En su lugar, introdujeron una arquitectura plegable de tipo cepillo de botella. Este diseño utiliza estructuras internas para incorporar capacidades mecánicas como torsión, estiramiento y flexión.

La arquitectura de cepillo de botella permitió a los ingenieros impedir la cristalización y, con ello, mejorar la durabilidad de la estructura. Este nuevo polímero de alta resistencia puede extenderse como un acordeón sin perder solidez. Los ingenieros concluyeron que esta arquitectura debería ser compatible con la mayoría de los sistemas poliméricos basados en PEG, ampliando de forma considerable sus posibles aplicaciones biomédicas y de ingeniería.

Capas

El equipo construyó la estructura mediante un método por capas. Cada capa se creó bajo luz ultravioleta, se curó y luego se añadió la siguiente encima. El proceso tardó solo unos segundos e incluyó la impresión de geometrías complejas.

Pruebas de biocompatibilidad y rendimiento estructural

Durante la fase de pruebas, los ingenieros comprobaron que el PEG fuera compatible con las células, una condición esencial para su uso como andamiaje de tejidos. Para ello, crearon cultivos celulares, los introdujeron en el andamiaje y vigilaron posibles reacciones.

Los investigadores también examinaron la capacidad del proceso para crear estructuras complejas. Por ejemplo, imprimieron geometrías similares a órganos y compatibles con las células.

Resultados de resistencia mecánica y biocompatibilidad

Los resultados fueron alentadores. El equipo comprobó que su red de PEG era resistente desde el punto de vista mecánico y biocompatible. Las células cultivadas continuaron su actividad sin reaccionar de forma adversa a la red, lo que abre la puerta a posibles usos médicos.

Las pruebas también mostraron que las estructuras eran mucho más duraderas que sus predecesoras. En concreto, los hidrogeles y elastómeros presentaron módulos de entre ≈1 y ≈100 kPa. También mejoraron en un 1500% la deformación de rotura por tracción.

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Arquitectura avanzada

El estudio demostró que el método de impresión 3D ofrece la máxima flexibilidad en el diseño estructural. Cada estructura se imprimió de forma específica sin perder extensibilidad. Además, todo el proceso se llevó a cabo a temperatura ambiente.

Beneficios clave de los materiales PEG imprimibles en 3D

Los materiales de PEG imprimibles en 3D aportan varias ventajas al mercado. Una de ellas es su menor impacto ambiental. El proceso a temperatura ambiente reduce los costes y las complicaciones, lo que permitirá una producción a gran escala en el futuro.

Versatilidad

La versatilidad del método de impresión 3D es difícil de pasar por alto. Las impresoras 3D permiten a los ingenieros crear estructuras más avanzadas que algún día podrían convertirse en componentes esenciales de órganos cultivados artificialmente y de otras tecnologías médicas avanzadas.

Aplicaciones reales y cronograma para el PEG imprimible en 3D

Las redes fotocurables de PEG con arquitectura de cepillo de botella podrían utilizarse en varios sectores. Estas redes microscópicas podrían servir de base para metales microestructurados, redes vasculares biomiméticas funcionales y otras aplicaciones. Estas son algunas de las posibilidades de la tecnología.

MedTech

La aplicación principal y más importante de esta tecnología se encuentra en la medicina regenerativa. La lista de espera para recibir órganos sigue creciendo y, lamentablemente, muchas personas nunca reciben el órgano que necesitan para un trasplante. La posibilidad de cultivar órganos humanos podría aliviar este problema en todo el mundo e inaugurar una nueva era de atención médica.

Tecnología de baterías

Otro uso prometedor de esta tecnología es la creación de baterías más potentes y ligeras. Estas estructuras podrían actuar como celdas y permitir electrolitos de estado sólido con un rendimiento extremadamente alto.

Cronograma de comercialización para el PEG de cepillo de botella

Esta tecnología podría llegar al mercado en los próximos cinco años. Existe una fuerte demanda de baterías más ligeras y resistentes, y la tecnología podría contribuir a convertir ese objetivo en realidad.

Podrían pasar diez años o más antes de que la tecnología esté lo bastante avanzada como para utilizarse en el cultivo de órganos artificiales. Aún se necesita más investigación, incluidas pruebas y aprobaciones regulatorias, lo que podría retrasar todavía más el proceso.

Investigadores del Polímero Impreso en 3D

El Laboratorio de Biomateria Blanda de la Universidad de Virginia dirigió este estudio. El artículo señala a Baiqiang Huang, Myoeum Kim, Pu Zhang, Emmanuel Oduro, Daniel A. Rau y Li-Heng Cai como principales colaboradores. Este trabajo se apoya en otros proyectos en los que el equipo creó polímeros sintéticos de gran durabilidad.

El estudio recibió financiación de UVA LaunchPad for Diabetes, la National Science Foundation, los National Institutes of Health y el fondo Commonwealth Commercialization de Virginia Innovation Partnership Corporation.

Futuro del Polímero Impreso en 3D

Los ingenieros investigarán ahora otras estructuras y materiales. Su objetivo es desarrollar nuevos materiales imprimibles en 3D para tareas específicas, lo que abrirá la puerta a productos, tratamientos y otras soluciones más ligeros y duraderos.

Inversión en innovaciones MedTech

Varias empresas biotecnológicas siguen ampliando los límites de la creación de tejidos y otros avances de tecnología médica. Estas compañías destinan cada año millones a investigar distintas formas de mejorar los enfoques actuales o desarrollar métodos mejores. La siguiente empresa continúa impulsando la innovación en el mercado biotecnológico.

United Therapeutics

United Therapeutics (UTHR ), con sede en Maryland, llegó al mercado en 1996. Su fundadora, Martine Rothblatt, detectó la urgente necesidad de tratamientos mejores después de que a su hija le diagnosticaran hipertensión arterial pulmonar (HAP), y creó la empresa para desarrollar terapias capaces de salvar vidas frente a esta enfermedad rara y a menudo mortal.

United Therapeutics ofrece varios tratamientos y medicamentos utilizados en todo el mundo. Su producto principal es Remodulin (treprostinil), un fármaco que ayuda a tratar la HAP y otras enfermedades cardíacas. Quienes busquen una empresa de tecnología médica consolidada y creada con un propósito claro deberían investigar más a fondo United Therapeutics.

Últimas noticias y desempeño de la acción de United Therapeutics (UTHR)

Polímero Impreso en 3D | Conclusión

El trabajo de estos ingenieros tendrá un fuerte impacto en los sectores médico y de las baterías durante la próxima década. También fomentará la innovación en múltiples industrias y podría contribuir a avances médicos capaces de salvar vidas. Por ello, estos ingenieros merecen un gran reconocimiento.

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Referencias

^{1. Huang, B., Kim, M., Zhang, P., Oduro, E., Rau, D. A., & Cai, H. Fabricación aditiva de hidrogeles y elastómeros extensibles de polietilenglicol con arquitectura molecular codificada. Advanced Materials, e12806. https://doi.org/10.1002/adma.202512806}