Más de 113, 000 personas están actualmente en la lista nacional de trasplantes. Y con la escasez de donantes, esto significa que alrededor de 20 personas morirán todos los días mientras esperan un órgano, según el Departamento de Salud de EE. UU.

Pero esto podría cambiar gracias a los investigadores de UC Berkeley, que han desarrollado un dispositivo que puede ser clave para la viabilidad de la bioimpresión, una extensión de la impresión 3D que permite tejido vivo, hueso, vasos sanguíneos e incluso órganos completos para ser impresos bajo demanda. Recientemente se publicó un artículo sobre este trabajo en Revista de dispositivos médicos .

En la actualidad, Hay dos obstáculos importantes que se interponen en el camino de la impresión de órganos. Debido a que las células vivas y los órganos en funcionamiento requieren temperaturas y condiciones químicas especializadas para sobrevivir, las células se deterioran durante la impresión 3D real de un órgano grande porque el proceso es demasiado lento. E incluso si el órgano se puede imprimir en 3D, la logística de transporte requiere almacenamiento, que siempre ha sido un cuello de botella para los trasplantes.

Para minimizar la muerte celular durante la impresión 3D de un órgano, los investigadores de Berkeley desarrollaron una técnica que emplea la paralelización, en el que varias impresoras producen capas 2D de tejidos simultáneamente. Estas capas 2D se apilan capa por capa para formar estructuras 3D.

Para superar el problema de almacenamiento de estos órganos fabricados, el equipo se basó en siete décadas de conocimientos y técnicas para preservar células individuales. Su técnica congela cada capa 2D inmediatamente después de que se fusiona con la estructura 3D, y este proceso de congelación de una sola capa de células proporciona las condiciones óptimas para sobrevivir al proceso de congelación, almacenamiento y transporte.

"Ahora, La bioimpresión se utiliza principalmente para crear un pequeño volumen de tejido. El problema con la bioimpresión 3D es que es un proceso muy lento, por lo que no puede imprimir nada grande porque los materiales biológicos se deteriorarán cuando termine. Una de nuestras innovaciones es que congelamos el material mientras se imprime, para que se conserve el material biológico, y podemos controlar la tasa de congelación, "dijo Boris Rubinsky, profesor de ingeniería mecánica y coautor del artículo.

Rubinsky también señaló que al imprimir tejidos en 2D primero y luego ensamblarlos en un objeto 3D en una estación diferente, su equipo aceleró significativamente la producción al eliminar esencialmente el tiempo de impresión. Después de que la línea de ensamblaje de bioimpresoras crea en paralelo múltiples capas 2-D de tejido, un brazo robótico, aumentado por estudiantes de maestría en ingeniería, toma la capa y la lleva a otra estación. Allí, los tejidos se apilan para crear un objeto 3D y se fusionan mediante congelación.

"Como cada capa se apila para formar una estructura 3D, una de las innovaciones que implementamos fue sumergir la estructura 3D en un baño criogénico para congelarla en lugar de llenar el baño para cumplir con cada capa, "dijo Joseph Sahyoun (Meng '18, ME) y coautor del artículo. "Este método nos permitió controlar la tasa de congelación con mayor precisión".

Además de los órganos, otra aplicación potencial de esta tecnología es la alimentación. La impresión y el ensamblaje capa por capa permite a los fabricantes explorar diferentes texturas de alimentos. También les permite desarrollar alimentos que respondan a las necesidades de las personas enfermas.

"La disfagia es muy común entre la población geriátrica. Debido a que estos pacientes tienen dificultad para tragar, están siendo alimentados con comida que es básicamente papilla, para que no tengan apetito, y el problema se agrava, ", dijo Rubinsky." Pero si puedes crear alimentos con textura, esto puede resultar más apetitoso. Luego, mientras mastican, la comida se derretirá en la boca para que puedan tragar y obtener los nutrientes. Nuestra tecnología te permite hacer eso con cualquier tipo de comida ".

Señala que la tecnología también permite el desarrollo de la fabricación a escala industrial de alimentos congelados, donde la estructura de los cristales de hielo en los alimentos se controla meticulosamente en la capa de una sola célula en todo el producto.

"Esto es importante porque el tamaño de los cristales de hielo y la homogeneidad de los cristales de hielo son un elemento central en la calidad de los alimentos congelados, "dijo Rubinsky.

Aunque el concepto de apilar capas delgadas para crear un objeto 3D no es nuevo en la fabricación, es novedoso hacerlo con materiales biológicos.

"Existe una gran diferencia entre los materiales utilizados en la laminación convencional, como el papel, plástica, cerámicas y metales, que son rígidos, incluso en capas delgadas, y materia biológica que consiste principalmente en líquidos que lo son mucho menos ", dijo Gideon Ukpai, estudiante de posgrado en el laboratorio de Rubinsky y autor principal del artículo ".

Entonces, el equipo utilizó superficies rígidas hidrofílicas e hidrofóbicas cuidadosamente diseñadas en las que se imprimen las capas 2D. Estas capas especialmente diseñadas permiten que las capas 2D se transporten a través de distancias, independientemente de la dirección de la gravedad, para colocarlo sobre un objeto 3D.

Además de la investigación, Ukpai también se desempeñó como mentor del maestro de estudiantes de ingeniería, que figuran como coautores en el artículo. Para futuras investigaciones, Ukpai y una nueva cohorte de estudiantes de maestría en ingeniería del Fung Institute trabajarán para optimizar mejor este proceso, caracterizar los productos y determinar los escenarios adecuados que presenten mayores ventajas.