Las algas bioimpresas en 3-D se pueden aprovechar como una fuente sostenible de oxígeno para las células humanas en tejidos vascularizados diseñados, los investigadores informan el 18 de noviembre en la revista Importar . Incorporaron las algas fotosintéticas bioimpresas, junto con las células derivadas del hígado humano, en una matriz de hidrogel 3-D para crear tejidos en forma de panal con lóbulos, similar al hígado humano. En el futuro, los investigadores dicen, el ecológico, El enfoque rentable de bioimpresión en 3-D puede tener potencial para aplicaciones como el modelado de enfermedades, desarrollo de fármacos, medicina regenerativa y personalizada, e incluso ingeniería alimentaria.

"El estudio es el primer ejemplo verdadero de ingeniería de tejidos simbióticos que combina células vegetales y células humanas de una manera fisiológicamente significativa, utilizando bioimpresión 3-D, ", dice el autor principal del estudio, Y. Shrike Zhang, bioingeniero de la Facultad de Medicina de Harvard y del Hospital Brigham and Women's." Nuestro estudio proporciona un ejemplo único de cómo podemos aprovechar la estrategia simbiótica, muy a menudo visto en la naturaleza, para promover nuestra capacidad para diseñar tejidos humanos funcionales ".

Existe una demanda creciente de tejidos artificiales para reemplazar aquellos que han sido dañados con el fin de restaurar las funciones de los órganos. y durante la última década, Se han utilizado técnicas de bioimpresión 3-D para fabricar andamios de tejidos para aplicaciones biomédicas y de ingeniería de tejidos. Este enfoque generalmente implica depositar un bioenlace sobre una superficie para producir estructuras tridimensionales con arquitecturas y formas deseadas para recapitular órganos y tejidos. incluyendo la vasculatura, que juega un papel fundamental en el transporte de oxígeno y nutrientes por todo el cuerpo. Un bioink es esencialmente un hidrogel que contiene células vivas, biomateriales, y otros suplementos de crecimiento. Imita la matriz extracelular del tejido deseado y apoya el crecimiento de las células incrustadas.

A pesar de los avances en la fabricación de tejidos tridimensionales, la principal limitación ha sido mantener niveles suficientes de oxígeno en todo el tejido diseñado para promover la supervivencia celular, crecimiento, y funcionamiento. Los investigadores han intentado abordar este problema incorporando biomateriales liberadores de oxígeno, pero, por lo general, estos no funcionan el tiempo suficiente y, a veces, son tóxicos para las células porque producen moléculas como el peróxido de hidrógeno u otras especies reactivas de oxígeno. "Existe una demanda urgente de un método para permitir la liberación sostenida de oxígeno desde el interior de los tejidos diseñados, "Dice Zhang.

Para satisfacer esta demanda, Zhang y sus colegas desarrollaron un método de bioimpresión tridimensional basado en algas para incorporar patrones vasculares dentro de tejidos diseñados y proporcionar una fuente sostenible de oxígeno para las células humanas en los tejidos. Específicamente, utilizaron algas verdes unicelulares fotosintéticas llamadas Chlamydomonas reinhardtii. Esta estrategia simbiótica también beneficia a las algas, cuyo crecimiento es apoyado parcialmente por el dióxido de carbono liberado por las células humanas circundantes.

El primer paso consistió en realizar una bioimpresión tridimensional de las algas. Los investigadores encapsularon C. reinhardtii en un bioenlace compuesto principalmente de celulosa, el principal componente estructural de las plantas, algas, y hongos. El bioink se cargó en una jeringa equipada con una aguja, y la bioimpresión por extrusión se realizó utilizando una bioimpresora.

Próximo, los investigadores incorporaron tanto las algas bioimpresas como las células derivadas del hígado humano en una matriz de hidrogel tridimensional. La C. reinhardtii bioimpresa liberó oxígeno de manera fotosintética y mejoró la viabilidad y las funciones de las células humanas. que creció a una alta densidad y produjo proteínas específicas del hígado. "Antes, era difícil obtener altas densidades de células en tejidos humanos vascularizados diseñados mediante ingeniería, "Dice Zhang.

Finalmente, los investigadores utilizaron la enzima celulasa para degradar el bioenlace a base de celulosa, luego llenó los microcanales huecos que quedaron con células vasculares humanas para crear redes vasculares en el tejido similar al hígado. "El desarrollo de un bioenlace fugitivo que permite la oxigenación inicial y la formación de vasos subsiguiente dentro de una única construcción de tejido no se ha informado antes, "Dice Zhang." Este es un paso crítico hacia la ingeniería exitosa de tejidos viables y funcionales ".

En el final, el 3-D vascularizado, Los tejidos de ingeniería oxigenados tienen potencial para implantaciones futuras para lograr la regeneración de tejidos en humanos. Estos tejidos también podrían utilizarse para la detección y el desarrollo de fármacos, estudiar los mecanismos de la enfermedad, y posiblemente medicina personalizada si se utilizan células específicas del paciente.

Otra aplicación potencial de la tecnología de bioimpresión 3D es la ingeniería alimentaria. Las microalgas representan una rica fuente de proteínas, carbohidratos ácidos grasos poliinsaturados, carotenoides, vitaminas, y minerales esenciales. Estos compuestos bioactivos podrían incorporarse en innovadores, productos alimenticios cultivados para mejorar su valor nutricional y promover la salud.

Pero mientras tanto, se necesita más esfuerzo para optimizar el método. Por ejemplo, los medios de cultivo podrían mejorarse para facilitar el crecimiento tanto de C. reinhardtii como de células humanas, y las condiciones de luz podrían ajustarse para optimizar el suministro de oxígeno de las algas. Es más, estudios detallados sobre bioseguridad, toxicidad, y la inmunocompatibilidad de las algas será importante para la traducción clínica en el futuro. "Esta tecnología no se puede poner inmediatamente en uso humano, ", Dice Zhang." Todavía es una prueba de concepto y requerirá estudios de seguimiento significativos para traducir ".