Universidad de California, San Diego NanoEngineers ganó una subvención de los Institutos Nacionales de Salud (NIH) para desarrollar las herramientas para fabricar marcos biodegradables alrededor de los cuales crecerán los tejidos del corazón, incluidos los vasos sanguíneos funcionales. Desarrollar métodos para cultivar tejidos que imiten los detalles finos de la naturaleza, incluyendo vasculatura, podría conducir a avances en los esfuerzos por desarrollar tejidos cardíacos de reemplazo para personas que han sufrido un ataque cardíaco. El trabajo también podría conducir a mejores sistemas para cultivar y estudiar células, incluidas las células madre, en el laboratorio.

El profesor Shaochen Chen del Departamento de Nanoingeniería de UC San Diego es el investigador principal de la subvención de cuatro años de $ 1.5 millones de los Institutos Nacionales de Salud. La subvención financia el desarrollo de la plataforma de fabricación necesaria para producir estos marcos o "andamios" biodegradables.

"Estamos creando biomateriales con nanoestructuras en el interior, ", dijo Chen." Científicamente, hay tantas oportunidades a nivel molecular, y la nanoingeniería encaja perfectamente con eso. Esperamos que nuestra nueva plataforma de biofabricación produzca tejidos que imiten los tejidos naturales mucho más de cerca ".

Una de esas oportunidades es agregar nuevos niveles de precisión y funcionalidad a los andamios producidos por la "plataforma de biofabricación" que Chen y sus colaboradores inventaron y que han ido mejorando durante los últimos cinco años.

Con la plataforma de biofabricación mejorada, Los ingenieros del Departamento de Nanoingeniería de la Escuela de Ingeniería Jacobs de UC San Diego podrán producir andamios con sistemas diseñados con precisión de poros a nanoescala y otros detalles de microarquitectura que controlan cómo las células interactúan entre sí y con el medio ambiente.

"Es necesario diseñar los poros para que la célula pueda nutrirse y deshacerse de los desechos ... vías para que la célula sobreviva en el sistema, "explicó Chen.

Los investigadores también planean crear andamios con tubos, y luego sembrar esos tubos con las células que recubren los vasos sanguíneos (células endoteliales) para intentar generar sistemas vasculares funcionales. La falta de vasos sanguíneos en la mayoría de los sistemas de regeneración de tejidos provoca la muerte celular. pérdida de función, y limita el tamaño máximo de los tejidos regenerados.

Además, las propiedades químicas de los nuevos andamios cambiarán de arriba a abajo, que creará gradientes químicos que impulsan el crecimiento celular.

Como en versiones anteriores del sistema de construcción de andamios de Chen, las células se encapsularán dentro de las paredes del andamio.

"Generalmente, cuando los investigadores cultivan tejido, hacen un andamio, coloque las células en el andamio y deje que las células crezcan, ", explicó Chen." Cuando fabricamos nuestros andamios, las células ya están dentro de las paredes del andamio ". La encapsulación de las células dentro de las paredes fomenta la siembra uniforme de las células.

Los andamios estarán basados ​​en materiales naturales como el ácido hialurónico, un componente clave de la "matriz extracelular" que proporciona soporte estructural, cicatrización de la herida, y una variedad de otras funciones para los tejidos humanos y animales.

"Los hidrogeles de nuestros andamios no pueden ser demasiado blandos, demasiado pegajoso o demasiado rígido. Deben adaptarse a las necesidades del tejido biológico, "dijo Chen.

Los colaboradores de la Escuela de Medicina de Harvard cultivarán y caracterizarán los tejidos iniciados en los andamios.

Bioimpresión de proyección

Para fabricar andamios de tejidos, Chen y sus colegas han desarrollado y continúan perfeccionando un proceso de fabricación que utiliza luz, espejos controlados con precisión, y un sistema de proyección por computadora. Primero, los ingenieros diseñan un modelo tridimensional de la estructura a imprimir. Próximo, los ingenieros preparan una solución que contiene tanto las células que eventualmente crecerán en el tejido como los polímeros que se solidificarán en el andamio. Cuando la luz incide en la solución usando la serie de espejos, el andamio solidifica según las especificaciones exactas de la imagen proyectada.

Siguiendo estos pasos, se fabrican andamios y las celdas se encapsulan en las paredes del andamio a medida que la luz solidifica los polímeros una capa a la vez.

"Con nuestra plataforma de biofabricación, podemos construir arbitrariamente, formas tridimensionales, como ramas de vasos sanguíneos, y tubos - grandes y pequeños, ", dijo Chen. Mi enfoque está en la fabricación de materiales y el nivel de dispositivos. Este trabajo es aplicable a muchos tipos diferentes de células y tejidos".