Cada año, miles de estadounidenses, en su mayoría mayores de 75 años, necesitan sustituir su válvula aórtica. Ahora, los modelos de la aorta impresos en 3D específicos para cada paciente pueden ayudar a la planificación prequirúrgica y mejorar los resultados de la sustitución valvular mínimamente invasiva.

Modelo impreso en 3D de la aorta del paciente
Modelo impreso en 3D de la región aórtica de un paciente. El modelo específico del paciente incluye la anatomía de las valvas dañadas de la válvula aórtica, donde se insertará la válvula de sustitución. El modelo incluye sensores integrados que ayudan a guiar la colocación de la válvula de sustitución. Crédito: Haghiashtiani, et al. Science Advances, 28 de agosto de 2020 (ref. 2)

El ventrículo izquierdo del corazón tiene la importante función de impulsar la sangre fresca y oxigenada hacia la aorta, que luego distribuye la sangre por todo el cuerpo. La válvula aórtica se abre cuando la sangre es impulsada y luego se cierra para que la sangre no pueda retroceder hacia el corazón. La estenosis aórtica es una afección en la que la válvula aórtica se ha estrechado con el paso del tiempo, lo que hace que el corazón tenga que trabajar más, una afección que puede provocar una insuficiencia cardíaca.

La sustitución de la válvula aórtica por transcatéter (TAVR) es un procedimiento en el que se introduce una válvula cardíaca artificial con un catéter a través de la aorta y se expande -como si se abriera un paraguas- para sustituir una válvula aórtica defectuosa. El TAVR se utiliza cada vez más porque es un procedimiento mínimamente invasivo y mucho más seguro que la cirugía a corazón abierto para los pacientes, predominantemente de edad avanzada, que requieren el procedimiento. Sin embargo, debido a las irregularidades de la válvula enferma y a los contornos de la aorta específicos de cada paciente, no siempre está garantizado un ajuste perfecto a prueba de fugas ni una colocación óptima de la nueva válvula.

Ahora, los ingenieros de la Universidad de Minnesota financiados por el NIBIB y dirigidos por Michael McAlpine, titular de la cátedra de la familia Kuhrmeyer en el Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Minnesota, han logrado avances significativos en la mejora de la TAVR mediante la impresión en 3D de un modelo preciso de la válvula enferma de un paciente y de las partes circundantes de la aorta. Este modelo físico de la región -conocida como raíz aórtica- permite a los médicos practicar el procedimiento necesario para cada paciente, lo que les permite identificar el tamaño adecuado de la válvula de sustitución y determinar la colocación exacta en la aorta que dará el mejor ajuste y función.

Modelo impreso en 3D de la aorta del paciente
Vea el vídeo del proceso de impresión en 3D.

«A medida que la población estadounidense envejece, el número de personas mayores de 75 años que necesitan una sustitución valvular mediante TAVR seguirá creciendo», explicó Michael Wolfson, director del programa de sistemas biónicos del NIBIB. «La capacidad de crear modelos de la raíz aórtica específicos para cada paciente es un avance importante que podría mejorar la tasa de éxito de esta complicada intervención y reducir significativamente los riesgos de complicaciones postoperatorias».

Aunque los modelos de la raíz aórtica se han utilizado antes para la planificación quirúrgica, los modelos creados mediante la técnica avanzada de impresión en 3D son mucho más realistas en cuanto a textura y elasticidad. Otro aspecto único de estos modelos es la incorporación de sensores en la pared de la aorta. Los sensores proporcionan información que permite a los médicos evitar la aplicación de una presión excesiva por parte de la válvula de sustitución a la vía de conducción que controla el ritmo cardíaco. Un exceso de presión puede provocar ritmos cardíacos anormales y la necesidad inmediata de implantar un marcapasos permanente en el paciente.

Modelo de aorta con válvula de sustitución insertada cerca de sensores integrados
Válvula artificial expandida en el interior de la raíz aórtica para sustituir la válvula nativa defectuosa. Crédito: Haghiashtiani, et al. Science Advances, 28 de agosto de 2020 (ref. 2)

El equipo de ingenieros utiliza tomografías del corazón del paciente para recrear la forma exacta de la región de la raíz aórtica. A continuación, se imprimen en 3D con tintas especializadas a base de silicona que se asemejan al tacto del tejido cardíaco real. Los sensores eléctricos blandos que dan respuesta a la presión también se imprimen en 3D en el modelo y están hechos de un hidrogel conductor.

«Este proceso de impresión en 3D se ha diseñado para ayudar a los médicos a mejorar los resultados de la intervención de TAVR y también puede ayudar a dar a los pacientes una comprensión más clara de su anatomía y de cómo funciona la intervención», dijo McAlpine. A medida que los ingenieros sigan mejorando las técnicas de impresión en 3D y creando modelos de órganos aún más reales, McAlpine prevé a dónde podrían llevar estas tecnologías. «En el futuro, a medida que nuestros modelos impresos en 3D incorporen más aspectos de la función de los órganos, vemos la posibilidad de que los propios modelos se utilicen algún día como órganos artificiales de sustitución». La financiación se proporcionó a través de subvenciones del Instituto Nacional de Imagen Biomédica y Bioingeniería (DP2EB020537), Medtronic plc y el programa MnDRIVE de la Universidad de Minnesota.

1. Modelos de raíz aórtica impresos en 3D específicos para cada paciente con sensores internos para aplicaciones mínimamente invasivas. Haghiashtiani G, Qiu K, Zhingre Sánchez JD, Fuenning ZJ, Nair P, Ahlberg SE, Iaizzo PA, McAlpine MC. Sci Adv. 2020 Aug 28;6(35):eabb4641. doi: 10.1126/sciadv.abb464

2. https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/

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