Imprimir hueso artificial

En un nuevo y espectacular avance en el campo de la construcción de estructuras mediante impresión en 3D, un grupo de investigadores está ya experimentando con impresoras y un material sintético que emula en algunos aspectos al hueso. El objetivo a largo plazo es fabricar piezas óseas a la medida de cada paciente, con la ayuda de programas informáticos no muy distintos a los que emplean los ingenieros industriales para diseñar piezas de máquinas, y luego insertar esos "huesos" allá donde se deba reemplazar a los dañados, logrando resultados casi tan buenos como si el paciente tuviera un hueso natural en ese sitio. Un rasgo clave del hueso, que ha sido difícil imitar en materiales sintéticos, es lo bien combinados y compenetrados que están en él dos ingredientes muy diferentes, casi antagónicos. El colágeno es demasiado blando y elástico para mantenerse firme ante el peso del cuerpo. La hidroxiapatita sí puede hacerlo, pero como es muy quebradiza, se rompe con facilidad ante golpes, que, en cambio no afectan al colágeno. La forma idónea de combinar moléculas de ambos materiales es una de las maravillas "tecnológicas" de la naturaleza, desentrañada, con una precisión casi de átomo por átomo, unos pocos meses atrás por un equipo de investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), en Cambridge, Estados Unidos. Crear un material como el hueso es difícil, porque las estructuras jerárquicas que le dan sus propiedades están autoensambladas por medio de reacciones electroquímicas, un proceso que no es fácil reproducir en el laboratorio. Ahora, el equipo de Markus Buehler, del MIT, ha desarrollado un método que supera en buena parte esos obstáculos. Por un lado, él y sus colaboradores disponen de diseños optimizados por ordenador de polímeros blandos y rígidos dispuestos en patrones geométricos que replican los patrones propios de la naturaleza, y por otro, cuentan con una impresora 3D que imprime usando como "tintas" dos polímeros a la vez. Gracias a todo ello, el equipo ha producido muestras de materiales sintéticos que tienen una conducta ante las fracturas similar a la del hueso. Uno de los materiales sintéticos es 22 veces más resistente a las fracturas que el más fuerte de sus dos ingredientes, una propiedad lograda al alterar el diseño jerárquico. Además, estas "piezas óseas" pueden pasar, en unas pocas horas, del modelo digital a la creación de muestras físicas.

Imprimir hueso sintético igual al natural, mediante impresoras 3D, permitiría fabricar piezas óseas capaces de reemplazar a las naturales en personas que lo necesiten. La recreación artística muestra las capas iniciales de impresión de una pieza ósea sobre un substrato temporal. (Imagen: Amazings / NCYT / JMC) ¿Igualarán algún día estos materiales sintéticos las cualidades formidables del hueso? Parece que sí, y además, aunque los patrones geométricos utilizados para esos materiales sintéticos por el grupo de Buehler están basados en los propios de materiales naturales como el hueso o el nácar, los investigadores también están trabajando con nuevos diseños que no existen en la naturaleza. “Como ingenieros, no estamos limitados a los patrones naturales. Podemos diseñar los nuestros propios, los cuales pueden llegar a funcionar incluso mejor que los que ya existen”, explica Buehler. En esta investigación reciente también han trabajado Leon Dimas y Graham Bratzel, del MIT, así como Ido Eylon de la compañía Stratasys, que fabrica impresoras 3D.

La gran rapidez con que la mente humana se adapta a una interfaz cerebro-ordenador

Después de varios meses sin publicar prometo regresar con mas, el titulo esta vez es La gran rapidez con que la mente humana se adapta a una interfaz cerebro-ordenador veamos: Pequeños electrodos colocados sobre o dentro del cerebro permiten que los pacientes interactúen con ordenadores o controlen miembros robóticos simplemente pensando en la ejecución de dichas acciones. Esta tecnología podría mejorar la comunicación con las personas de su entorno y la calidad de vida para personas que están paralizadas o que han perdido la capacidad de hablar a causa de un derrame cerebral o de una enfermedad neurodegenerativa. Pero, ¿cuán difícil es adaptarse a la interfaz y cuánto tarda el cerebro en dejar de destinar a tal adaptación los recursos extra que emplea cada vez que aprende una tarea nueva? Unos especialistas de la Universidad de Washington en Seattle han abordado esta cuestión, demostrando que cuando los humanos usamos una interfaz cerebro-ordenador el cerebro se comporta de modo muy similar a cuando emplea habilidades motrices simples tales como darle una patada a una pelota, apretar teclas de un teclado o mover la mano de un lado a otro para despedirnos de alguien. Aprender a controlar un brazo robótico o una prótesis podría ser casi como un acto reflejo e instintivo para la mayoría de las personas que están paralizadas. Este estudio se hizo sobre siete personas con epilepsia severa que fueron hospitalizadas para hacerles un examen profundo en el que se intenta identificar en qué lugar del cerebro se originan las convulsiones. A tal fin, los médicos hicieron una perforación en el cráneo y colocaron una lámina pequeña y delgada de electrodos directamente sobre el cerebro. Mientras los médicos estaban aguardando a que aparecieran las señales de las convulsiones epilépticas, el equipo de Rajesh Rao, Jeffrey Ojemann y Jeremiah Wander llevaba a cabo su estudio sobre la adaptación a una interfaz cerebro-ordenador.

Se pidió a los pacientes que moviesen el cursor de un ratón en la pantalla de un ordenador utilizando solamente su pensamiento para hacerlo. Los electrodos en sus cerebros recogieron las señales que dirigían el movimiento del cursor, enviándolas a un amplificador y desde allí a un ordenador portátil para ser analizadas. En no más de 40 milisegundos, el ordenador calculaba las intenciones transmitidas a través de las señales y actualizaba el movimiento del cursor en la pantalla. Los investigadores encontraron que cuando los pacientes comenzaban la tarea, una gran cantidad de actividad cerebral se centraba en la corteza prefrontal, un área asociada con el aprendizaje de nuevas habilidades. Pero después de tan poco tiempo como diez minutos, la actividad cerebral frontal disminuía, y las señales cerebrales experimentaban una transición hacia patrones similares a aquellos observados durante acciones más automáticas. En otras palabras, hay un gran uso de recursos cognitivos al principio, pero tan pronto como la persona se vuelve más hábil para desarrollar la tarea, esos recursos dejan de necesitarse y la carga de actividad cerebral disminuye de modo notable.