Los bioingenieros de la Universidad Rice en Houston, Texas, han superado un obstáculo importante en el camino hacia la impresión 3D de órganos de reemplazo. Es una técnica avanzada para tejidos de bioimpresión con redes vasculares exquisitamente enredadas que imitan las vías naturales del cuerpo para la sangre, el aire, la linfa y otros fluidos vitales.
La investigación aparece en la portada de la revista Science de esta semana.
Incluye una prueba visualmente sorprendente: un modelo de hidrogel de un saco de aire que imita a los pulmones, en el que las vías aéreas suministran oxígeno a los vasos sanguíneos circundantes.
También se reportan los experimentos para implantar construcciones bioimpresas que contienen células hepáticas en ratones.
El trabajo fue dirigido por los bioingenieros Jordan Miller de la Universidad Rice y Kelly Stevens de la Universidad de Washington (UW) e incluyó a 15 colaboradores de otras universidades.
Stevens, profesora asistente de bioingeniería en la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Washington, profesora asistente de patología en la Escuela de Medicina de la Universidad de Washington, e investigadora en el Instituto de Medicina de Células Madre y Medicina Regenerativa de la Universidad de Wisconsin, dijo que la multivascularización es importante porque la forma y la función a menudo van de la mano.
“Uno de los mayores obstáculos para generar reemplazos de tejidos funcionales ha sido nuestra incapacidad para imprimir la compleja vasculatura que puede suministrar nutrientes a tejidos densamente poblados“, dijo Miller, profesor asistente de Bioingeniería en la Escuela de Ingeniería Brown de Rice.
“Además, nuestros órganos en realidad contienen redes vasculares independientes, como las vías respiratorias y los vasos sanguíneos del pulmón o los conductos biliares y los vasos sanguíneos en el hígado. Estas redes interpenetrantes están enredadas física y bioquímicamente, y la arquitectura en sí está íntimamente relacionada con la función del tejido. La nuestra es la primera tecnología de bioimpresión que aborda el desafío de la multivascularización de forma directa e integral“.
Para abordar este desafío, el equipo creó una nueva tecnología de bioimpresión de código abierto denominada “aparato de estereolitografía para ingeniería de tejidos” o SLATE. El sistema utiliza la fabricación aditiva para hacer hidrogeles suaves de una capa a la vez.
Las capas se imprimen a partir de una solución líquida de prehidrogel que se convierte en un sólido cuando se expone a la luz azul. Un proyector de procesamiento de luz digital ilumina la luz desde abajo, mostrando cortes secuenciales en 2D de la estructura en alta resolución, con tamaños de píxeles de 10 a 50 micrones.
Con cada capa solidificada a su vez, un brazo elevado eleva el gel 3D en crecimiento lo suficiente para exponer el líquido a la siguiente imagen del proyector.
La idea clave de Miller y Bagrat Grigoryan, un estudiante graduado de Rice y coautor principal del estudio, fue la adición de colorantes alimentarios que absorben la luz azul. Estos fotoabsorbentes limitan la solidificación a una capa muy fina. De esta manera, el sistema puede producir geles suaves, a base de agua y biocompatibles con una arquitectura interna intrincada en cuestión de minutos.
La bioimpresión ha atraído un gran interés en la última década porque, en teoría, podría abordar ambos problemas permitiendo a los médicos imprimir órganos de reemplazo a partir de las propias células de un paciente. Se podría desplegar un suministro listo de órganos funcionales para tratar a millones de pacientes en todo el mundo.
“Prevemos que la bioimpresión se convierta en un componente importante de la medicina en las próximas dos décadas“, dijo Miller.