Un láser endurece el material líquido exactamente en el punto focal.
Usando tecnología láser, Aleksandr Ovsianikov de la Universidad Tecnológica de Viena quiere crear microestructuras con células vivas integradas.
El comportamiento de las células depende en gran medida de su entorno. Si van a ser investigados y manipulados, es fundamental incrustarlos en un entorno adecuado. Aleksandr Ovsianikov está desarrollando un sistema láser, que permite que las células vivas se incorporen en intrincadas estructuras hechas a medida, similar al tejido biológico, en el que las células están rodeadas por la matriz extracelular. Esta tecnología es particularmente importante para el crecimiento artificial de biotisidos, para encontrar nuevos medicamentos o para la investigación con células madre. Ovsianikov ha recibido ahora la beca inicial ERC del Consejo Europeo de Investigación (ERC) de aproximadamente 1,5 millones de euros.
Estructuras de alta tecnología para la investigación biomédica
"Cultivar células en una superficie plana es fácil, pero tales cultivos celulares a menudo se comportan de manera diferente a las células en un tejido tridimensional real ", dice Aleksandr Ovsianikov. Mientras que en dos dimensiones, se utilizan placas de Petri convencionales, todavía no se dispone de un sistema estándar para cultivos celulares tridimensionales. Tal matriz 3D debe ser porosa, para que las células puedan recibir todos los nutrientes necesarios. Es más, es importante que la geometría, Los parámetros químicos y mecánicos de esta matriz se pueden ajustar con precisión para estudiar e inducir las respuestas celulares necesarias. También, es importante que la estructura se pueda producir rápidamente y en grandes cantidades, ya que los experimentos biológicos suelen tener que realizarse en muchos cultivos celulares al mismo tiempo para obtener datos fiables.
Se puede producir una cuadrícula tridimensional, que mantiene la celda en su lugar.
Estos requisitos los cumple muy bien el grupo de investigación "Tecnologías de fabricación aditiva" de la Universidad Tecnológica de Viena. El equipo interdisciplinario de investigadores ha estado desarrollando tecnologías especiales para crear estructuras tridimensionales con precisión en una escala submicrométrica. "Queremos desarrollar un método universal, que puede servir como estándar para cultivos celulares tridimensionales y que puede adaptarse a diferentes tipos de tejidos y diferentes tipos de células ", dice Aleksandr Ovsianikov.
El láser convierte el líquido en un andamio a medida
En primer lugar, las células están suspendidas en un líquido, que se compone principalmente de agua. Se agregan moléculas amigables con las células, que reaccionan con la luz de una manera muy especial:un rayo láser enfocado rompe los enlaces dobles exactamente en los lugares correctos. Una reacción química en cadena hace que las moléculas se unan y creen un polímero.
Esta reacción solo se desencadena cuando se absorben dos fotones láser al mismo tiempo. Solo dentro del punto focal del rayo láser, la densidad de fotones es lo suficientemente alta para eso. El material fuera del punto focal no se ve afectado por el láser. "Así es como podemos definir con una precisión sin precedentes, en qué puntos se supone que las moléculas se unen y crean un andamio sólido ", explica Ovsianikov.
Guiar el foco del rayo láser a través del líquido, se crea una estructura sólida, en el que se incorporan células vivas. Las moléculas sobrantes que no se polimerizan simplemente se eliminan después. De esta manera, se puede construir una estructura de hidrogel, similar a la matriz extracelular que rodea nuestras propias células en tejido vivo. Las ideas de la naturaleza se imitan en el laboratorio y se utilizan para aplicaciones tecnológicas. Este enfoque, llamados 'bio-miméticos' juega un papel cada vez más importante, especialmente en ciencia de materiales. Aleksandr Ovsianikov confía en que, en muchos casos, esta tecnología hará innecesarias las pruebas con animales y producirá resultados mucho más rápidos y significativos.
Convertir células madre en tejido
La investigación con células madre es un campo de aplicación particularmente interesante para la nueva tecnología. "Se sabe que las células madre pueden convertirse en diferentes tipos de tejido, dependiendo de su entorno ", dice Aleksandr Ovsianikov. "Sobre una superficie dura, tienden a convertirse en células óseas, sobre un sustrato blando pueden convertirse en neuronas. ”En la estructura 3D generada por láser, la rigidez del sustrato se puede ajustar para que se puedan crear diferentes tipos de tejido.
