jueves. 18.08.2022

Órganos 3d con red vascular

UN PASO ADELANTE. Los bioingenieros han conseguido superar un obstáculo importante en el camino hacia la consecución de órganos de reemplazo impresos en 3D con una técnica avanzada para tejidos de bioimpresión.
Los órganos impresos en 3D permiten la circulación de fluidos.

Esta innovación permite a los científicos crear redes vasculares exquisitamente enredadas que imitan los pasadizos naturales del cuerpo por donde fluyen la sangre, el aire, la linfa y otros fluidos vitales. La investigación, aparece en la portada del número de esta semana de ‘Science’, incluye una prueba visualmente sorprendente: un modelo de hidrogel de un saco de aire que imita a los pulmones en el que las vías aéreas suministran oxígeno a los vasos sanguíneos circundantes.

El trabajo fue dirigido por los bioingenieros Jordan Miller, de Rice University y Kelly Stevens, de la University of Washington, e incluyó a 15 colaboradores de Rice, UW, Duke University, Rowan University y Nervous System, una firma de diseño en Somerville, Massachusetts.

«Uno de los mayores obstáculos para generar reemplazos de tejidos funcionales ha sido nuestra incapacidad para imprimir la compleja vasculatura que puede suministrar nutrientes a los tejidos densamente poblados —explica Miller, profesor asistente de bioingeniería en la Escuela de Ingeniería Brown de Rice—. Además, nuestros órganos en realidad contienen redes vasculares independientes, como las vías respiratorias y los vasos sanguíneos del pulmón o los conductos biliares y del hígado. Estas redes interpenetrantes están enredadas física y bioquímicamente, y la arquitectura en sí está íntimamente relacionada con el tejido. La nuestra es la primera tecnología de bioimpresión que aborda el desafío de la multivascularización de forma directa e integral».

Stevens, profesor asistente de bioingeniería en la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Washington e investigador en el Instituto de Medicina de Células Madre y Medicina Regenerativa de la Universidad de Wisconsin, añade que la multivascularización es importante porque la forma y la función a menudo van de la mano.

«La ingeniería de tejidos ha luchado con esto durante una generación. Con este trabajo, ahora podemos preguntarnos: ‘¿Podemos imprimir tejidos que permitan respirar como los tejidos sanos de nuestros cuerpos? ¿Se comportarán funcionalmente como esos tejidos?’. Esta es una pregunta importante, porque según lo bien que funcione un tejido de bioimpresión así será el éxito que tendrá como terapia».

El objetivo de la bioimpresión de órganos sanos y funcionales está impulsado por la necesidad de trasplantes de órganos. Solo en los Estados Unidos, más de 100.000 personas se encuentran en las listas de espera para trasplantes, y las que eventualmente reciben órganos de donantes se enfrentan toda una vida de medicamentos supresores del sistema inmunitario para prevenir el rechazo de órganos. La bioimpresión ha atraído un gran interés en la última década porque, en teoría, podría abordar ambos problemas al permitir que los médicos impriman órganos de reemplazo a partir de las propias células de un paciente. Se podría desplegar un suministro listo de órganos funcionales para tratar a millones de pacientes en todo el mundo.

De hecho, Miller asegura que se prevé «que la bioimpresión se convertirá en un componente importante de la medicina en las próximas dos décadas».

«El hígado es especialmente interesante porque realiza unas 500 funciones alucinantes, probablemente solo superadas por el cerebro --precisa Stevens--. Su complejidad significa que actualmente no hay una máquina o terapia que pueda reemplazar todas sus funciones cuando falla. Organos humanos bioimpresos podrían hacerlo algún día».

Para abordar este desafío, el equipo creó una nueva tecnología de bioimpresión de código abierto denominada Aparato de Estereolitografía para Ingeniería de Tejidos (SLATE), que utiliza la fabricación aditiva para hacer hidrogeles suaves de una capa a la vez.

Las capas se imprimen a partir de una solución líquida de prehidrogel que se convierte en un sólido cuando se expone a la luz azul. Un proyector de procesamiento de luz digital ilumina desde abajo, mostrando cortes secuenciales en 2D de la estructura en alta resolución, con tamaños de píxeles de 10 a 50 micrones. Con cada capa solidificada, un brazo eleva el gel 3D en crecimiento lo suficiente para exponer el líquido a la siguiente imagen del proyector. La idea clave de Miller y Bagrat Grigoryan, un estudiante graduado de Rice y coautor principal del estudio, fue la adición de colorantes alimentarios que absorben la luz azul. Estos fotoabsorbentes limitan la solidificación a una capa muy fina. De esta manera, el sistema puede producir geles suaves, a base de agua y biocompatibles con la intrincada arquitectura interna en cuestión de minutos.

Las pruebas de la estructura que simula el pulmón mostraron que los tejidos eran lo suficientemente resistentes como para evitar estallar durante el flujo sanguíneo y la «respiración» pulsátil, una entrada y salida rítmicas de aire que simulaban las presiones y frecuencias de la respiración humana. Las pruebas encontraron que los glóbulos rojos pueden tomar oxígeno a medida que fluyen a través de una red de vasos sanguíneos que rodean el saco de aire que «respira».

Órganos 3d con red vascular
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