Caracterización de hidrogeles híbridos rECM. a) Imagen de hidrogeles de rECM de alginato y ratón. Barras de escala:1 mm. b) Hidrogel rECM modificado con alginato-fluoresceína y ECM-rodamina que muestra la distribución de los componentes de alginato y ECM dentro del hidrogel (ver también el Video S1 en la Información de apoyo). Barra de escala:200 µm. c) Imagen SEM de hidrogeles. Barras de escala:50 µm. d) Cruce de deformación (%) entre el módulo de almacenamiento y pérdida en hidrogeles de alginato (2%) e hidrogeles rECM (2% de alginato, 5 mg mL − 1 ECM) (n =3 por grupo). e) Imágenes de inmunofluorescencia de MLE12 epitelial de pulmón murino y bEnd3 endotelial (células en blanco) en alginato-fluoresceína (verde) y solución de ECM-hidrogeles de rECM modificados con rodamina (rojo) el día 0 (día de la siembra) y el día 7. Barras de escala:100 µm f) Aumento porcentual de la actividad metabólica de células epiteliales (MLE12) y células endoteliales (bEnd.3) en hidrogeles rECM en comparación con hidrogeles de alginato el día 7 (n =3 por grupo). g) Aumento porcentual de células epiteliales murinas proliferativas de EdU + (MLE12) en hidrogeles rECM en comparación con hidrogeles de alginato en el día 5 (n =3 por grupo). h) Reometría oscilatoria (n =3 por grupo). i) Imágenes confocales de sedimentación celular yj) coeficiente de sedimentación calculado (δ) de células A549 en medio de cultivo celular DMEM-F12, alginato dECM derivada de ratón y solución rECM durante 6 h (n =3 por grupo). Barra de escala:500 µm. k) Termografía de impresión FRESCA (ver Video S2 en la Información de apoyo). l) Tubo hueco rECM bioimpreso en 3D y estructura ramificada (consulte los vídeos S3 y S4 en la información complementaria). Barras de escala:2 mm. m) Actividad metabólica (ensayo WST ‐ 1) en el día 7 de células A549 sembradas (in vitro) e impresas en 3D en hidrogeles (n =3 por grupo). n) Perfiles de esfuerzo cortante promedio de bioenlaces. Crédito: Materiales avanzados (2020). DOI:10.1002 / adma.202005476
Investigadores de la Universidad de Lund han diseñado un nuevo bioenlace que permite bioimprimir en 3D pequeñas vías respiratorias de tamaño humano con la ayuda de células de pacientes por primera vez. Las construcciones impresas en 3D son biocompatibles y apoyan el crecimiento de nuevos vasos sanguíneos en el material trasplantado. Este es un primer paso importante hacia la impresión de órganos en 3D. El nuevo estudio ha sido publicado en Materiales avanzados .
Las enfermedades pulmonares crónicas son la tercera causa de muerte en todo el mundo, con un coste para la UE de más de 380 000 millones de euros anuales. Para muchas enfermedades crónicas no existe cura y la única opción en etapa terminal para los pacientes es el trasplante de pulmón. Sin embargo, no hay suficientes pulmones de donantes para satisfacer la demanda clínica.
Por lo tanto, los investigadores están buscando formas de aumentar la cantidad de pulmones disponibles para trasplantes. Un enfoque consiste en fabricar pulmones en el laboratorio mediante la combinación de células con un andamio de bioingeniería.
"Empezamos con algo pequeño fabricando tubos pequeños, porque esta es una característica que se encuentra tanto en las vías respiratorias como en la vasculatura del pulmón. Al utilizar nuestro nuevo bioink con células madre aisladas de las vías respiratorias del paciente, pudimos bioimprimir vías respiratorias pequeñas que tenían múltiples capas de células y permanecían abiertas con el tiempo, "explica Darcy Wagner, profesor asociado y autor principal del estudio.
Los investigadores diseñaron en primer lugar un nuevo bioenlace (un material imprimible con células) para la bioimpresión en 3D de tejido humano. El bioink se fabricó combinando dos materiales:un material derivado de algas, alginato y matriz extracelular derivada de tejido pulmonar.
Este nuevo bioenlace soporta el material bioimpreso durante varias etapas de su desarrollo hacia el tejido. Luego utilizaron el bioenlace para bioimprimir en 3D pequeñas vías respiratorias humanas que contienen dos tipos de células que se encuentran en las vías respiratorias humanas. Sin embargo, este bioink se puede adaptar a cualquier tipo de tejido u órgano.
"Estos bioenlaces de próxima generación también apoyan la maduración de las células madre de las vías respiratorias en múltiples tipos de células que se encuentran en las vías respiratorias humanas adultas, lo que significa que es necesario imprimir menos tipos de celdas, simplificar los números de boquillas necesarios para imprimir tejidos hechos de múltiples tipos de células, "dice Darcy Wagner.
Wagner señala que es necesario mejorar la resolución para bioimprimir en 3D más tejido pulmonar distal y los sacos de aire. conocido como alvéolos, que son vitales para el intercambio de gases.
"Esperamos que las mejoras tecnológicas adicionales de las impresoras 3D disponibles y los avances en bioenlaces permitan la bioimpresión a una resolución más alta para diseñar tejidos más grandes que puedan usarse para trasplantes en el futuro. Todavía tenemos un largo camino por recorrer, " ella dice.
El equipo utilizó un modelo de ratón que se asemeja mucho a la inmunosupresión utilizada en pacientes sometidos a un trasplante de órganos. Cuando se trasplanta, descubrieron que las construcciones impresas en 3D a partir del nuevo bioenlace eran bien toleradas y admitían nuevos vasos sanguíneos.
"El desarrollo de este nuevo bioink es un importante paso adelante, pero es importante validar aún más la funcionalidad de las vías respiratorias pequeñas a lo largo del tiempo y explorar la viabilidad de este enfoque en modelos animales grandes, "concluye Martina De Santis, el primer autor del estudio.
