Los ingenieros de la Universidad de Brown han demostrado una técnica para fabricar biomateriales impresos en 3D que se pueden degradar a demanda. que puede ser útil para hacer dispositivos de microfluidos con patrones intrincados o para hacer cultivos celulares que pueden cambiar dinámicamente durante los experimentos.

"Es un poco como Legos, "dijo Ian Wong, profesor asistente en la Escuela de Ingeniería de Brown y coautor de la investigación. "Podemos unir polímeros para construir estructuras tridimensionales, y luego sepárelos suavemente de nuevo en condiciones biocompatibles ".

La investigación se publica en la revista Laboratorio en un chip .

El equipo de Brown hizo sus nuevas estructuras degradables utilizando un tipo de impresión 3D llamada estereolitografía. La técnica utiliza un láser ultravioleta controlado por un sistema de diseño asistido por computadora para trazar patrones a través de la superficie de una solución de polímero fotoactivo. La luz hace que los polímeros se unan, formando estructuras sólidas tridimensionales a partir de la solución. El proceso de rastreo se repite hasta que se construye un objeto completo de abajo hacia arriba.

La impresión estereolitográfica generalmente utiliza polímeros fotoactivos que se unen con enlaces covalentes, que son fuertes pero irreversibles. Para este nuevo estudio, Wong y sus colegas querían intentar crear estructuras con enlaces iónicos potencialmente reversibles, lo que nunca se había hecho antes con la impresión 3D basada en luz. Para hacerlo, los investigadores elaboraron soluciones precursoras con alginato de sodio, un compuesto derivado de algas que se sabe que es capaz de reticulación iónica.

"La idea es que las uniones entre los polímeros se deshagan cuando se eliminan los iones, lo que podemos hacer agregando un agente quelante que agarre todos los iones, "Dijo Wong." De esta manera podemos modelar estructuras transitorias que se disuelven cuando queremos que lo hagan ".

Los investigadores demostraron que, de hecho, el alginato podría utilizarse en estereolitografía. Y al usar diferentes combinaciones de sales iónicas:magnesio, bario y calcio:podrían crear estructuras con diferente rigidez, que luego podría disolverse a diferentes velocidades.

La investigación también mostró varias formas en que tales estructuras temporales de alginato podrían ser útiles.

"Es una herramienta útil para la fabricación, "dijo Thomas M. Valentin, un doctorado estudiante en el laboratorio de Wong en Brown y autor principal del estudio. Los investigadores demostraron que podían utilizar el alginato como plantilla para fabricar dispositivos de laboratorio en un chip con canales de microfluidos complejos.

"Podemos imprimir la forma del canal con alginato, luego imprima una estructura permanente a su alrededor utilizando un segundo biomaterial, "Dijo Valentin." Entonces simplemente disolvemos el alginato y tenemos un canal hueco. No tenemos que hacer ningún corte o ensamblaje complejo ".

Los investigadores también demostraron que las estructuras de alginato degradables son útiles para crear entornos dinámicos para experimentos con células vivas. Realizaron una serie de experimentos con barreras de alginato rodeadas de células mamarias humanas, observando cómo las células migran cuando la barrera se disuelve. Este tipo de experimentos pueden resultar útiles para investigar los procesos de cicatrización de heridas o la migración de células en el cáncer.

Los experimentos demostraron que ni la barrera de alginato ni el agente quelante utilizado para disolverlo tenían una toxicidad apreciable para las células. Eso sugiere que las barreras de alginato degradables son una opción prometedora para tales experimentos.

La biocompatibilidad del alginato es prometedora para futuras aplicaciones adicionales, incluso en la fabricación de andamios para tejidos y órganos artificiales, dicen los investigadores.

"Podemos comenzar a pensar en usar esto en tejidos artificiales donde es posible que desee canales que lo atraviesen y que imiten a los vasos sanguíneos, ", Dijo Wong." Potencialmente podríamos moldear esa vasculatura usando alginato y luego disolverlo como lo hicimos con los canales de microfluidos ".

Los investigadores planean seguir experimentando con sus estructuras de alginato, buscando formas de ajustar sus propiedades de resistencia y rigidez, así como el ritmo de degradación.