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(Noticias de Nanowerk) Una revisión realizada por científicos de la Universidad de Oxford discutió los beneficios potenciales del uso de robots musculoesqueléticos humanoides y sistemas robóticos blandos como plataformas de biorreactores en la fabricación de construcciones tendinosas clínicamente útiles.
El nuevo artículo de revisión, publicado en la revista Cyborg y sistemas biónicos («Advanced Robotics to Address the Translational Gap in Tendon Engineering»), resume las tendencias actuales en la ingeniería de tejidos tendinosos y explica por qué los biorreactores convencionales no pueden proporcionar una estimulación mecánica fisiológicamente relevante, ya que dependen en gran medida de etapas de rebote uniaxiales.
Luego, el documento destaca los robots humanoides musculoesqueléticos y los sistemas robóticos blandos como plataformas para brindar estimulación mecánica fisiológicamente relevante que podría superar esta brecha de traducción.
Las lesiones de tendones y tejidos blandos son un problema social y económico creciente, con un mercado de reparación de tendones de EE. UU. estimado en $ 1.5 mil millones. Las cirugías de reparación de tendones tienen altas tasas de revisión, con más del 40 % de las reparaciones del manguito rotador que fallan después de la operación. La fabricación de injertos de tendones artificiales para uso clínico es una posible solución a este desafío. Los biorreactores de tendón tradicionales proporcionan principalmente estimulación de tracción uniaxial. La falta de sistemas recapitulativos en vivo La carga del tendón es una gran brecha de traducción.
“El cuerpo humano aplica tensión mecánica tridimensional a los tendones en forma de tensión, presión, torsión y corte. La investigación actual sugiere que el tejido tendinoso nativo saludable requiere múltiples tipos y direcciones de carga. Los sistemas robóticos avanzados, como los humanoides musculoesqueléticos y la robótica blanda, son plataformas prometedoras que pueden imitar in-vivo Distensión del tendón”, explicó el autor Iain Sander, investigador de la Universidad de Oxford con el Grupo de Investigación de Ingeniería de Tejidos Blandos.
Los robots musculoesqueléticos humanoides se desarrollaron originalmente para aplicaciones tales como maniquíes de pruebas de choque, prótesis de extremidades y mejoras deportivas. Intentan imitar la anatomía humana al tener proporciones corporales, estructuras esqueléticas, configuraciones musculares y estructuras articulares similares.
Los humanoides musculoesqueléticos como Roboy y Kenshiro usan sistemas impulsados por tendones con actuadores miorrobóticos que imitan el tejido neuromuscular humano. Las unidades miorobóticas consisten en un motor de CC sin escobillas que genera tensión como los músculos humanos, cables de conexión que actúan como una unidad de tendón y una placa de control del motor con un codificador de resorte que actúa como un sistema neurológico al detectar variables como la tensión, la compresión y la longitud del músculo. y temperatura.
Las ventajas propuestas de los humanoides musculoesqueléticos incluyen la capacidad de proporcionar carga multiaxial, la capacidad de cargar teniendo en cuenta los patrones de movimiento humano y la capacidad de proporcionar magnitudes de carga comparables. en vivo potestades. Un estudio reciente ha demostrado la viabilidad de diseñar tejido humano en un robot humanoide musculoesquelético para la construcción de tendones.
Biohybrid Soft Robotics se centra en el desarrollo de sistemas robóticos biomiméticos compatibles que permiten interacciones adaptables y flexibles con entornos impredecibles. Estos sistemas robóticos son accionados por una variedad de modalidades que incluyen temperatura, presión neumática e hidráulica y luz. Están hechos de materiales blandos como hidrogeles, caucho e incluso tejido musculoesquelético humano.
Estos sistemas ya se utilizan para estimular mecánicamente construcciones de tejido muscular liso y se han implementado en vivo en un modelo de cerdo.
Estos sistemas son atractivos para la ingeniería de tejidos de tendones porque: i) sus propiedades flexibles y compatibles les permiten envolver estructuras anatómicas e imitar la configuración del tendón natural, ii) pueden proporcionar una actuación multiaxial y iii) un rango de las técnicas utilizadas en la robótica blanda se superponen con las prácticas actuales de ingeniería de tejidos tendinosos. De cara al futuro, el equipo prevé sistemas robóticos avanzados como plataformas que proporcionarán estímulos mecánicos fisiológicamente relevantes a los injertos de tendón antes de su uso clínico.
Hay una serie de desafíos a considerar al implementar sistemas robóticos avanzados. Primero, será importante para futuros experimentos comparar las tecnologías propuestas en esta revisión con los biorreactores convencionales. Con el desarrollo de sistemas capaces de proporcionar carga multiaxial, será importante encontrar métodos para cuantificar la carga en 3D. Finalmente, los sistemas robóticos avanzados deben ser más asequibles y accesibles para una implementación generalizada.
“Cada vez más grupos de investigación están demostrando que es factible utilizar robótica avanzada en combinación con células vivas y tejidos para ingeniería de tejidos y aplicaciones de bioactuación. Ahora nos encontramos en una etapa emocionante en la que podemos explorar las diversas posibilidades de integrar estas tecnologías en la ingeniería de tejidos de tendones y si realmente pueden ayudar a mejorar la calidad de los injertos de tendones artificiales», dijo Pierre-Alexis Mouthuy, autor principal del artículo de revisión. .
A largo plazo, estas tecnologías tienen el potencial de mejorar la calidad de vida de las personas al reducir el dolor y el riesgo de falla en la reparación del tendón, para los sistemas de salud al reducir el número de cirugías de revisión y para la economía al mejorar y reducir la productividad en los costes sanitarios en el lugar de trabajo.
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