Una nueva forma de hacer andamios para cultivos biológicos podría hacer posible el crecimiento de células de forma y tamaño muy uniformes. y potencialmente con ciertas funciones. El nuevo enfoque utiliza una forma de impresión 3D a escala extremadamente fina, utilizando un campo eléctrico para dibujar fibras de una décima parte del ancho de un cabello humano.

El sistema fue desarrollado por Filippos Tourlomousis, un postdoctorado en el Centro de Bits y Átomos del MIT, y otros seis en el MIT y el Instituto de Tecnología Stevens en Nueva Jersey. El trabajo se informa hoy en la revista. Microsistemas y nanoingeniería .

Muchas funciones de una célula pueden verse influenciadas por su microambiente, por lo que un andamio que permita un control preciso sobre ese entorno puede abrir nuevas posibilidades para el cultivo de células con características particulares, para investigación o, eventualmente, incluso para uso médico.

Mientras que la impresión 3D normal produce filamentos tan finos como 150 micrones (millonésimas de metro), Tourlomousis dice:Es posible reducir las fibras a anchos de 10 micrones agregando un fuerte campo eléctrico entre la boquilla que extruye la fibra y la plataforma en la que se imprime la estructura. La técnica se llama electroescritura por fusión.

"Si toma células y las coloca sobre una superficie impresa en 3D convencional, es como una superficie bidimensional para ellos, " el explica, porque las células mismas son mucho más pequeñas. Pero en una estructura similar a una malla impresa con el método de electroescritura, la estructura tiene la misma escala de tamaño que las propias células, y así sus tamaños y formas y la forma en que forman adherencias al material pueden controlarse ajustando la microarquitectura porosa de la estructura de celosía impresa.

"Al poder imprimir a esa escala, produce un entorno real en 3D para las células, "Tourlomousis dice.

Luego, él y el equipo usaron microscopía confocal para observar las células que crecían en varias configuraciones de fibras finas, algunos al azar, algunos dispuestos con precisión en mallas de diferentes dimensiones. La gran cantidad de imágenes resultantes se analizaron y clasificaron utilizando métodos de inteligencia artificial. correlacionar los tipos de células y su variabilidad con los tipos de microambiente, con diferentes espaciamientos y disposiciones de fibras, en el que se cultivaron.

Las células forman proteínas conocidas como adherencias focales en los lugares donde se adhieren a la estructura. "Las adherencias focales son la forma en que la célula se comunica con el entorno externo, "Dice Tourlomousis." Estas proteínas tienen características medibles en todo el cuerpo celular que nos permiten hacer metrología. Cuantificamos estas características y las usamos para modelar y clasificar con bastante precisión formas de células individuales ".

Para una estructura de malla dada, él dice, "Mostramos que las células adquieren formas que se acoplan directamente con la arquitectura del sustrato y con los sustratos electroescritos fundidos, "promover un alto grado de uniformidad en comparación con los no tejidos, sustratos estructurados al azar. Tales poblaciones celulares uniformes podrían ser potencialmente útiles en la investigación biomédica, él dice:"Es ampliamente conocido que la forma de la célula gobierna la función de la célula y este trabajo sugiere una vía impulsada por la forma para diseñar y cuantificar las respuestas celulares con gran precisión, "y con gran reproducibilidad.

Dice que en un trabajo reciente, él y su equipo han demostrado que cierto tipo de células madre cultivadas en tales mallas impresas en 3D sobrevivieron sin perder sus propiedades durante mucho más tiempo que las cultivadas en un sustrato bidimensional convencional. Por lo tanto, puede haber aplicaciones médicas para tales estructuras, tal vez como una forma de cultivar grandes cantidades de células humanas con propiedades uniformes que podrían usarse para trasplantes o para proporcionar el material para la construcción de órganos artificiales, él dice. El material que se utiliza para la impresión es un polímero fundido que ya ha sido aprobado por la FDA.

La necesidad de un control más estricto sobre la función celular es un obstáculo importante para que los productos de ingeniería de tejidos lleguen a la clínica. Cualquier paso para ajustar las especificaciones en el andamio, y por lo tanto también ajustar la variación en el fenotipo celular, son muy necesarios para esta industria, Tourlomousis dice.

El sistema de impresión también puede tener otras aplicaciones, Tourlomousis dice. Por ejemplo, podría ser posible imprimir "metamateriales", materiales sintéticos con estructuras en capas o estampadas que pueden producir propiedades ópticas o electrónicas exóticas.

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.