Para superar esses desafios, pesquisadores da Universidade de New South Wales, em Sydney, Austrália, desenvolveram um braço robótico em miniatura e uma cabeça de impressão flexível, e os integraram em um longo cateter tubular que compreende o corpo flexível da impressora. Tanto o braço quanto o cabeçote de impressão têm três graus de liberdade (DoFs).
“Nossa bioimpressora 3D flexível, designada F3DB, pode fornecer biomateriais diretamente nos tecidos ou órgãos-alvo com uma abordagem minimamente invasiva”, diz Thanh Nho Do, professor sênior da Escola de Engenharia Biomédica da UNSW, que junto com seu aluno de doutorado, Mai Thanh Thai, liderou a equipe de pesquisa.
O F3DB não apenas tem o potencial de reconstruir diretamente partes danificadas do corpo, mas “também pode ser usado como uma ferramenta cirúrgica endoscópica completa, com o bocal assumindo o papel de uma faca cirúrgica”, acrescenta Do. “Isso evitaria a necessidade de usar diferentes ferramentas para limpeza, marcação e incisão, agora usadas em procedimentos mais longos, como a remoção de um tumor.”
O protótipo de bioimpressora 3D flexível também pode servir como uma ferramenta cirúrgica endoscópica para todos os fins. Fonte: UNSW SydneyYouTube
Embora a bioimpressão in situ tenha sido investigada na última década, “a bioimpressão em órgãos internos foi limitada devido a várias dificuldades”, diz Ibrahim Ozbolat, professor de engenharia e mecânica da Pennyslvania State University, ao comentar os detalhes da pesquisa publicados na edição de fevereiro Ciência Avançada. “Este dispositivo móvel de bioimpressão endoscópica tudo-em-um é inovador” e pode “avançar as técnicas existentes, permitindo observações em tempo real, incisões e bioimpressão em órgãos internos”.
O dispositivo tem diâmetro semelhante ao de um endoscópio (cerca de 11 a 13 mm), pequeno o suficiente para ser inserido no corpo pela boca ou ânus. O braço robótico macio é acionado por três atuadores de fole de tecido macio regulados por um sistema hidráulico composto por seringas acionadas por motor DC que bombeiam água para os atuadores. Uma cabeça de impressão flexível, composta por músculos artificiais hidráulicos macios, permite que o bocal de impressão se mova em três direções, como em uma impressora 3D de mesa convencional. O controle geral é feito por uma configuração mestre-escravo que usa um sistema háptico comercial para transmitir movimentos manuais pelo mestre.
Ao atingir o alvo, o braço e a cabeça de impressão são controlados por um algoritmo automatizado baseado em cinemática inversa, um processo matemático que determina os movimentos necessários para entregar os biomateriais na superfície de um órgão ou tecido interno. A impressão é monitorada por uma câmera em miniatura flexível acoplada.
Para testar o dispositivo, os pesquisadores primeiro usaram vários não biomateriais, como silicone líquido e chocolate, para imprimir diferentes padrões 3D multicamadas no laboratório. Em experimentos posteriores, eles imprimiram várias formas com materiais não vivos na superfície do rim de um porco. Mais tarde, os pesquisadores imprimiram biomateriais vivos in situ em uma superfície de vidro dentro de um cólon artificial.
“Vimos as células crescerem todos os dias e aumentarem quatro vezes no sétimo dia, o último dia do experimento”, diz Do.
Para testar o dispositivo como uma ferramenta multifuncional para cirurgia endoscópica, os pesquisadores realizaram várias funções, como lavar, marcar e dissecar o intestino de um porco. “Os resultados mostram que o F3DB tem um forte potencial para ser desenvolvido como uma ferramenta endoscópica completa para procedimentos de dissecação endoscópica da submucosa”, diz Do.
Outras melhorias são necessárias, incluindo a inclusão de mais parâmetros no modelo cinemático que controla a impressão e a adição de mais câmeras para monitorar melhor a impressão. “Então vamos começar a testar o dispositivo em animais e, eventualmente, em humanos”, diz Do. “Esperamos ver o dispositivo em operação em hospitais nos próximos cinco a sete anos.”
O dispositivo “tem alto potencial para ser bem-sucedido”, concorda Ozbolat. “Mas sua segurança precisa ser verificada primeiro e outras melhorias realizadas.” Ele observa que os braços do robô endoscópico 3D já estão em uso clínico, portanto, desde que a viabilidade e a segurança do dispositivo sejam comprovadas daqui para frente, “a comercialização pode ser apenas uma questão de tempo”.
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