Los bioingenieros de la Universidad de California en San Diego han desarrollado una técnica de bioimpresión tridimensional que funciona con materiales naturales y es fácil de usar. permitiendo a los investigadores de diversos niveles de experiencia técnica producir modelos de tejidos de órganos realistas.

Como prueba de concepto, El equipo de UC San Diego utilizó su método para crear redes de vasos sanguíneos capaces de mantener vivo un tumor de cáncer de mama fuera del cuerpo. También crearon un modelo de intestino humano vascularizado. El trabajo fue publicado recientemente en Materiales avanzados para el cuidado de la salud .

El objetivo no es producir órganos artificiales que puedan implantarse en el cuerpo, los investigadores dijeron, sino para hacer modelos de órganos humanos fáciles de cultivar que puedan estudiarse fuera del cuerpo o usarse para la detección de drogas farmacéuticas.

"Queremos que sea más fácil para los científicos de todos los días, que pueden no tener la especialización requerida para otras técnicas de impresión en 3D, hacer modelos en 3D de cualquier tejido humano que estén estudiando". "dijo el primer autor Michael Hu, un doctorado en bioingeniería estudiante de la Escuela de Ingeniería Jacobs de UC San Diego. "Los modelos serían más avanzados que los cultivos celulares estándar 2-D o 3-D, y más relevante para los humanos cuando se trata de probar nuevos medicamentos, que actualmente se realiza en modelos animales ".

"No necesitas nada complicado para adoptar esto en tu laboratorio, "dijo Prashant Mali, profesor de bioingeniería en la Escuela de Ingeniería Jacobs de UC San Diego y autor principal del estudio. "Nuestra esperanza es que varios laboratorios puedan trabajar con esto y experimentar con esto. Cuanto más se adopte, mayor impacto podría tener ".

El método es sencillo. Para crear una red viva de vasos sanguíneos, por ejemplo, Los investigadores primero diseñan digitalmente un andamio utilizando Autodesk. Usando una impresora 3D comercial, los investigadores imprimen el andamio de un material soluble en agua llamado alcohol polivinílico. Luego, vierten una capa gruesa, hecha de materiales naturales, sobre el andamio, déjalo curar y solidificar, y luego enjuague el material del andamio del interior para crear canales huecos para los vasos sanguíneos. Próximo, recubren el interior de los canales con células endoteliales, que son las células que recubren el interior de los vasos sanguíneos. El último paso es hacer fluir el medio de cultivo celular a través de los vasos para mantener las células vivas y en crecimiento.

Los vasos están hechos de materiales naturales que se encuentran en el cuerpo como el fibrinógeno, un compuesto que se encuentra en los coágulos de sangre, y Matrigel, una forma comercialmente disponible de matriz extracelular de mamífero real.

Encontrar los materiales adecuados fue uno de los mayores desafíos, dijo el estudiante de pregrado de bioingeniería Xin Yi (Linda) Lei, coautor del estudio. "Queríamos utilizar materiales que fueran naturales en lugar de sintéticos, para que podamos hacer algo lo más parecido posible a lo que hay en el cuerpo. También necesitaban poder trabajar con nuestro método de impresión 3D ".

"Podemos utilizar estos materiales de origen biológico cotidianos para hacer ex vivo tejidos que están vascularizados, ", dijo Mali." Y ese es un aspecto importante si queremos hacer tejidos que puedan mantenerse durante períodos muy largos de tiempo fuera del cuerpo ".

Mantenerse con vida

En un conjunto de experimentos, los investigadores utilizaron los vasos sanguíneos impresos para mantener vivos los tejidos del tumor del cáncer de mama fuera del cuerpo. Extrajeron trozos de tumores de ratones y luego incrustaron algunos de los trozos en las redes de vasos sanguíneos impresos. Otras piezas se mantuvieron en un cultivo de células 3D estándar. Después de tres semanas, los tejidos tumorales encapsulados en las huellas de los vasos sanguíneos se habían mantenido vivos. Mientras tanto, los del cultivo de células 3D estándar habían desaparecido en su mayoría.

"Nuestra esperanza es que podamos aplicar nuestro sistema para crear modelos de tumores que puedan usarse para probar medicamentos contra el cáncer fuera del cuerpo". "dijo Hu, que está particularmente interesada en estudiar modelos de tumores de cáncer de mama. "El cáncer de mama es uno de los cánceres más comunes; tiene una de las mayores porciones de investigación dedicada a él y uno de los paneles más grandes de productos farmacéuticos que se están desarrollando para él. Por lo tanto, cualquier modelo que podamos hacer sería útil para más personas".

En otro conjunto de experimentos, los investigadores crearon un modelo de intestino vascularizado. La estructura constaba de dos canales. Uno era un tubo recto revestido con células epiteliales intestinales para imitar el intestino. El otro era un canal de vasos sanguíneos (revestido con células endoteliales) que giraba en espiral alrededor del canal intestinal. El objetivo era recrear un intestino rodeado por una red de vasos sanguíneos. Luego, cada canal se alimentó con medios optimizados para sus células. Dentro de dos semanas, los canales han comenzado a adquirir morfologías más reales. Por ejemplo, el canal intestinal había comenzado a brotar vellosidades, que son las pequeñas proyecciones en forma de dedos que recubren el interior de la pared intestinal.

"Con este tipo de estrategia, podemos empezar a hacer complejos, sistemas de larga vida en un ex vivo configuración. En el futuro, esto tal vez podría suplantar el uso de animales para hacer estos sistemas, que es lo que se está haciendo ahora mismo, "dijo Mali.

"Esta fue una prueba de concepto que muestra que podemos cultivar diferentes tipos de células juntas, lo cual es importante si queremos modelar interacciones de múltiples órganos en el cuerpo. En una sola impresión podemos crear dos entornos locales distintos, cada uno manteniendo vivo un tipo diferente de célula, y colocados lo suficientemente cerca para que puedan interactuar, "dijo Hu.

Avanzando el equipo está trabajando para ampliar y perfeccionar esta técnica. El trabajo futuro se centrará en optimizar los vasos sanguíneos impresos y desarrollar modelos de tumores vascularizados que se asemejen más a los del cuerpo.