Investigadores revolucionan la bioimpresión 3D con el uso de componentes de colágeno

Investigadores revolucionan la bioimpresión 3D con el uso de componentes de colágeno

Investigadores revolucionan la bioimpresión 3D con el uso de componentes de colágeno en 3D para imprimir un corazón humano

PITTSBURGH, 03 de agosto del 2019.— Un equipo de investigadores de la Universidad Carnegie Mellon ha publicado un artículo en Science que detalla una técnica nueva que permite a todo el mundo bioimprimir tejido de andamiaje en 3D con colágeno, la principal proteína estructural del cuerpo humano. Este método, el primero en su género, acerca el campo de la ingeniería de tejidos a poder imprimir un corazón humano, adulto y completo en 3D.

La técnica, que se llama Freeform Reversible Embedding of Suspended Hydrogels (Injertos reversibles libres en hidrogeles en suspenso, FRESH), ha permitido afrontar muchos desafíos asociados con métodos de bioimpresión 3D existentes y ha obtenido una resolución y fidelidad sin precedentes con el uso de materiales blandos y vivos.

Los órganos del cuerpo humano, como el corazón, están compuestos de células especializadas unidas por un andamiaje biológico de nombre matriz extracelular (MEC). Esta red de proteínas MEC brinda estructura y señales biomecánicas que las células necesitan para realizar sus funciones. Sin embargo, hasta la actualidad no se ha podido reconstruir esta compleja arquitectura MEC usando métodos tradicionales de biofabricación.

Hemos demostrado que se pueden imprimir partes del corazón usando células y colágeno, y formar partes que funcionan, como por ejemplo válvulas del corazón o ventrículo pequeño”, comentó Adam Feinberg, profesor de ingeniería biomédica (BME por sus siglas en inglés), y ciencias de materiales e ingeniería en Carnegie Mellon, cuyo laboratorio realizó este proyecto. “Con el uso de datos de IRM del corazón humano, hemos podido reproducir con precisión estructuras anatómicas específicas del paciente y bioimprimir en 3D colágeno y células del corazón humano”.

Más de 4 000 pacientes en Estados Unidos están en la lista de espera para trasplante de corazón, mientras que millones de personas en todo el mundo necesitan corazones, pero no son aptos para entrar en la lista. La necesidad de órganos de reemplazo es inmensa y es necesario tener nuevos enfoques para diseñar órganos artificiales que sean capaces de reparar, complementar o reemplazar la función del órgano a largo plazo. Feinberg, que es miembro de la Iniciativa de órganos de bioingeniería de Carnegie Mellon, trabaja para resolver estos desafíos con una generación de órganos de bioingeniería que replican con mayor precisión estructuras naturales del órgano.

El colágeno es un biomaterial muy conveniente para su impresión 3D puesto que forma parte de todos los tejidos del cuerpo”, explica Andrew Hudson, un estudiante de doctorado de BME del laboratorio de Feinberg y primer autor conjunto del artículo. “Sin embargo, es difícil de imprimir en 3D porque empieza como fluido, de modo que si intentas imprimirlo al aire libre encharca la plataforma de construcción. Así que hemos desarrollado una técnica que evita que se deforme”.

El método de bioimpresión 3D FRESH que ha desarrollado el laboratorio de Feinberg permite el depósito del colágeno capa por capa en un baño de gel de soporte, lo que permite que el colágeno se solidifique antes de sacarlo del baño de soporte. Con FRESH, el gel de soporte se puede derretir fácilmente calentándolo de temperatura ambiente a temperatura corporal cuando se termina la impresión. De esta manera, los investigadores pueden quitar el gel de soporte sin dañar la estructura impresa hecha de colágeno o células.

Es un método muy interesante para el campo de la bioimpresión 3D ya que permite crear andamiajes de colágenos a escala de órganos humanos. Y no se limita a colágeno, ya que se puede bioimprimir en 3D un amplio rango de geles blandos tales como fibrina, alginato y ácido hialurónico con la técnica FRESH, lo que ofrece una plataforma de ingeniería robusta y adaptable para tejidos. Cabe señalar que los investigadores también han desarrollado diseños de código abierto para que todo el mundo, desde laboratorios médicos a clases de ciencia en institutos, pueda construir y tener acceso a bioimpresoras 3D de bajo coste y alto rendimiento.

De cara al futuro, FRESH tiene aplicaciones en muchos aspectos de la medicina regenerativa, desde reparación de heridas a bioingeniería de órganos, pero solo es un aspecto del creciente campo de la biofabricación. “De lo que hablamos realmente de la convergencia de tecnologías”, comentó Feinberg. “No solo hablamos de lo que hace mi laboratorio en bioimpresión, sino de lo que otros laboratorios y pequeñas empresas hace en áreas de ciencia de células madre, aprendizaje automático y simulación por ordenador, además de nuevo hardware y software de bioimpresión en 3D”.

Es importante entender que todavía queda mucho por investigar”, añadió Feinberg, “pero deberíamos alegrarnos de avanzar hacia el diseño de tejidos y órganos humanos funcionales. Este artículo es un paso en ese camino”.

Otros colaboradores del artículo incluyen al primer autor conjunto Andrew Lee, estudiante de doctorado de BME en el laboratorio de Feinberg; investigador postdoctoral de BME Dan Shiwarski; los estudiantes de doctorado de BME Joshua Tashman, TJ Hinton, Sai Yerneni y Jacqueline Bliley; y el profesor de investigación de BME Phil Campbell.

Acerca del Colegio de ingeniería: El Colegio de ingeniería de la Universidad Carnegie Mellon es el colegio de ingeniería mejor considerado, conocido por su enfoque deliberado en colaboración multidisciplinaria en investigación. El colegio es notorio por trabajar en problemas de importancia científica y práctica. Nuestra cultura de “autor” está arraigada en todo lo que hacemos lo que deriva en enfoques novedosos y resultados transformadores. Nuestra elogiada facultad se centra en gestión de innovación e ingeniería para brindar resultados transformadores que impulsarán la vitalidad intelectual y económica de nuestra comunidad, nación y el mundo.

Acerca de la Universidad Carnegie Mellon

Carnegie Mellon (www.cmu.edu) es una universidad privada de renombre internacional con programas en áreas tales como ciencia, tecnología, empresarial, políticas púbicas, humanidades y arte. Más de 13 000 estudiantes de los siete colegios que forman parte de la universidad se benefician de la baja proporción entre facultad y estudiantes, y de una educación caracterizada por su enfoque en la creación e implementación de soluciones para problemas del mundo real, colaboración interdisciplinaria e innovación.

Acerca de FluidForm

La Universidad Carnegie Mellon ha licenciado la tecnología FRESH de manera exclusiva a FluidForm, Inc., con sede en Pittsburg y Boston. FluidForm se centra en el avance de aplicaciones de tecnología en biofabricación, medicina regenerativa y otros sectores. Investigadores de todo el mundo utilizan el gel de soporte LifeSupport™ de bioimpresión para mejorar de manera significativa su capacidad para imprimir células y biomateriales blandos que se deforman y crear estructuras complejas con alta fidelidad.

Fuente: Carnegie Mellon University

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