Materiales inteligentes impresos en 3D: desde telecomunicaciones infalibles hasta tratamientos para el cáncer por ultrasonidos

Desarrollar metasuperficies inteligentes reconfigurables impresas en 3D para destruir tumores de manera mucho más focalizada -a nivel histológico- sin dañar los tejidos sanos adyacentes, consiguiendo así un tratamiento mucho menos agresivo para las personas diagnosticadas con cáncer. Este es uno de los objetivos del proyecto Metasmart, una iniciativa liderada por la empresa valenciana DAS Photonics y en la que participan investigadores e investigadoras de la Universitat Politècnica de València (UPV), junto a Aimplas, Istec y el Instituto de Investigación Sanitaria La Fe (IIS La Fe). El proyecto está financiado por la Agencia Valencia de la Innovación.

Según explican desde el Centro de Tecnología Nanofotónica (NTC) de la UPV, las metasuperficies con estructuras artificiales diseñadas para manipular ondas de diferente naturaleza. “Son materiales cuyas propiedades podemos crear a la carta, lo que nos permite, por ejemplo, controlar ondas acústicas u ondas electromagnéticas en todo el espectro. Su potencial es enorme, en múltiples campos, como el de la biomedicina y, más en concreto, en terapias contra el cáncer, pero también en otros sectores, como el de las telecomunicaciones”, añade Carlos García Meca, director de investigación de DAS Photonics, spin off de la UPV. Sin embargo, las técnicas actuales de fabricación de estas metasuperficies hacen que estén lejos aún de poder ser aplicadas en el entorno industrial. Y este es otro de los grandes retos a los que responde el proyecto Metasmart.

“Queremos revolucionar el campo de las metasuperficies mediante la investigación de nuevos procesos de producción basados en técnicas de fabricación aditiva (impresión 2D multicapa de materiales funcionales, impresión 3D y 4D) versátiles, precisas y baratas. Utilizando la impresión 3D ahorraremos material, seremos más respetuosos con el medio ambiente, la capacidad de prototipado será más alta, podremos deslocalizar la producción. Será un antes y un después en el desarrollo y aplicación de estos materiales”, apunta Sergio Lechago, investigador de DAS Photonics.

Gracias a los avances médicos y tecnológicos, en las últimas décadas, la esperanza de vida de los pacientes diagnosticados con cáncer es cada vez superior. Este incremento vital tiene un peaje para muchos de los pacientes de cáncer, que suele ser muy alto en lo que respecta a su calidad de vida (tanto a nivel físico como psicológico) por los agresivos efectos secundarios que tienen muchos de estos tratamientos.

Noé Jiménez, investigador del Instituto de Instrumentación para Imagen Molecular (I3M), centro mixto de la Universitat Politècnica de València y el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), explica que los tratamientos actuales por ablación térmica afectan no solo a la zona tumoral, sino también a los tejidos sanos que rodean el tumor. “Lo que buscamos con estas metasuperficies es destruirlo mecánicamente. En esta modalidad, los ultrasonidos actuarán como un martillo, machacando célula a célula, produciendo una lesión muy focalizada y con los bordes muy delimitados, a nivel histológico, por lo que no se dañarían los tejidos sanos”, destaca Jiménez.

En este sentido, César David Vera Donoso, facultativo del Servicio de Urología del Hospital La Fe de Valencia y director del Grupo de Investigación Nitiuv del IIS La FE que lidera la aplicación clínica final, destaca que la medicina y la tecnología del futuro han de ser capaces no solo de curar enfermedades, sino de generar el menor impacto posible en el paciente con terapias cada vez menos agresivas y mínimamente invasivas.

“Con esta idea en la mente, la tecnología planteada en Metasmart generará soluciones concretas basadas en el uso de metasuperficies, inicialmente para el tratamiento del cáncer de próstata. Siendo éste el tumor más frecuente en hombres en todo el mundo, la histotripsia como tratamiento focal en los pacientes con cáncer localizado pretende conseguir un tratamiento curativo que se incorpore a las posibilidades que tenemos actualmente, evitando al paciente los efectos secundarios de otras técnicas como la radioterapia o la termoablación. Esto permitiría tratar a un número muy importante de enfermos afectos de cáncer de próstata”, destaca el doctor Vera Donoso.

El proyecto Metasmart plantea también el diseño y desarrollo de metasuperfices electromagnéticas 3D reconfigurables capaces de manipular los frentes de onda radiados. Su aplicación permitirá mejorar y optimizar las comunicaciones inalámbricas de datos en distintas bandas de frecuencias, evitando interferencias y caídas de cobertura. “En este campo, estas metasuperficies contribuirían a mejorar el rendimiento de las torres de comunicación, en primer lugar, y en último término, a optimizar nuestras comunicaciones”, apunta Ana Díaz, investigadora del NTC de la Politècnica de València.

La investigadora del NTC señala, además, que estas metasuperficies podrían integrarse también en mesas, paredes, etc. de los hogares, empresas, etc. creando un entorno inteligente que reduciría al mínimo las posibilidades de que, por ejemplo, una llamada se corte o caiga la conexión a la red, etc.

Desde Aimplas, Instituto Tecnológico del Plástico, se investigará en las tecnologías de procesado multicapa 2D y 3D para el desarrollo de metasuperficies tanto acústicas como electromagnéticas. Mientras, el trabajo del equipo de Istec se centrará en el análisis de las aplicaciones en el campo de las comunicaciones, la definición de requisitos y la validación de los prototipos.

De entre el centenar de propuestas presentadas para la convocatoria de ‘Proyectos Estratégicos de Cooperación’ de la Agencia Valencia de la Innovación, Metasmart fue el que obtuvo la mejor valoración de toda la convocatoria. “Es una iniciativa que, además, muestra el potencial industrial de la Comunitat Valenciana para llegar a soluciones eficientes y con aplicaciones en campos que nos afecta a todos, como el de la salud o las comunicaciones”, concluye Carlos García Meca.

El proyecto comenzó en septiembre del año pasado y concluirá a finales de 2024.