Un equipo dirigido por ingenieros de la Universidad de California, San Diego, imprimió en 3D un tejido que imita de cerca la estructura y función sofisticadas del hígado humano. El nuevo modelo podría usarse para la detección de drogas específicas de pacientes y el modelado de enfermedades. El trabajose publicó la semana del 8 de febrero en la edición temprana en línea de Actas de la Academia Nacional de Ciencias .
Los investigadores dijeron que el avance podría ayudar a las compañías farmacéuticas a ahorrar tiempo y dinero al desarrollar nuevos medicamentos.
"Por lo general, se necesitan alrededor de 12 años y $ 1.8 mil millones para producir un medicamento aprobado por la FDA", dijo Shaochen Chen, profesor de Nanoingeniería en la Escuela de Ingeniería de la Universidad de California San Diego Jacobs. "Eso es porque más del 90 por ciento de los medicamentos no pasan a los animalespruebas o ensayos clínicos en humanos. Hemos creado una herramienta que las compañías farmacéuticas podrían utilizar para realizar estudios piloto sobre sus nuevos medicamentos, y no tendrán que esperar hasta ensayos en animales o humanos para evaluar la seguridad y eficacia de un medicamento en pacientes.les permitiría centrarse en los candidatos a drogas más prometedores al principio del proceso "
Chen y Shu Chien, profesor de Medicina y Bioingeniería, director del Instituto de Ingeniería en Medicina de la Universidad de California en San Diego y beneficiario de una Medalla Nacional de Ciencia, son coautores principales del estudio.
El hígado desempeña un papel fundamental en la forma en que el cuerpo metaboliza los medicamentos y produce proteínas clave. Es por eso que los modelos hepáticos se están desarrollando cada vez más en el laboratorio como plataformas para la detección de medicamentos. Sin embargo, los modelos existentes hasta ahora carecen de la microarquitectura complejay composición celular diversa de un hígado real.
El equipo de UC San Diego diseñó un modelo de tejido hepático humano que se asemeja más a la realidad: una combinación diversa de células hepáticas y células de soporte organizadas sistemáticamente en un patrón hexagonal.
"Hemos diseñado un tejido hepático funcional que coincide con lo que verías bajo un microscopio", dijo Chen.
"El hígado es único en el sentido de que recibe un suministro de sangre dual con diferentes presiones y componentes químicos. Nuestro modelo tiene el potencial de reproducir este complejo sistema de suministro de sangre, proporcionando así una comprensión sin precedentes del complejo acoplamiento entre la circulación y las funciones metabólicas de lahígado en salud y enfermedad ", dijo Chien, quien estudia cómo el flujo sanguíneo y la presión afectan los vasos sanguíneos.
Para hacer esto, el equipo empleó una nueva tecnología de bioimpresión desarrollada en el laboratorio de Chen, que puede producir rápidamente microestructuras 3D complejas que imitan las características sofisticadas que se encuentran en los tejidos biológicos. El tejido del hígado se imprimió en dos pasos. Primero, el equipo imprimió unpatrón de panal de hexágonos de 900 micrómetros, cada uno de los cuales contiene células hepáticas derivadas de células madre pluripotentes inducidas por humanos.Y dado que estas células se derivan de las células de la piel de un paciente, los investigadores no necesitan extraer ninguna célula del hígado para construir tejido hepático.
En el siguiente paso, se imprimieron células de soporte endoteliales y mesenquimales en los espacios entre los hexágonos que contienen células madre.
La estructura completa, un cuadrado de 3 × 3 milímetros, 200 micrómetros de grosor, tarda solo unos segundos en imprimirse. Esta es una gran mejora con respecto a otros métodos para imprimir modelos de hígado, que generalmente toman horas.
La estructura se cultivó in vitro durante al menos 20 días. Luego, los investigadores probaron la capacidad del tejido resultante para realizar diversas funciones hepáticas, como la secreción de albúmina y la producción de urea, y la compararon con otros modelos. Descubrieron que su modelo era capazpara mantener estas funciones durante un período de tiempo más largo que otros modelos hepáticos. Su modelo también expresó un nivel relativamente más alto de una enzima clave que se considera que está involucrada en el metabolismo de muchos de los medicamentos administrados a los pacientes.
"Creo que esto servirá como una gran herramienta de detección de drogas para las compañías farmacéuticas y que nuestra tecnología de bioimpresión 3D abre la puerta para la impresión de órganos específicos del paciente en el futuro", dijo Chen.
"El tejido hepático construido por esta novedosa tecnología de impresión 3D también será extremadamente útil para reproducir modelos de enfermedades in vitro como hepatitis, cirrosis y cáncer", agregó Chien. "Tales modelos realistas serán invaluables para el estudio de la fisiopatologíay anomalías metabólicas en estas enfermedades y la eficacia de las terapias farmacológicas ".
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Materiales proporcionados por Universidad de California - San Diego . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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