Hacia el objetivo final de diseñar tejidos y órganos humanos que puedan imitar la función nativa para su uso en la detección de drogas, el modelado de enfermedades y la medicina regenerativa, un equipo del Instituto Wyss dirigido por Jennifer Lewis, Sc.D.avance fundamental utilizando bioimpresión tridimensional 3D.
Este trabajo se basa en su capacidad demostrada para bioimprimir construcciones de tejidos compuestas de múltiples tipos de células vivas modeladas junto a una red vascular en una matriz extracelular. El equipo de Wyss también ha demostrado previamente que estas construcciones podrían ampliarse para crear tejido vascularizado gruesoconstrucciones, sostenidas viables durante más de un mes in vitro. Ahora, en estrecha colaboración con la científica de Roche Annie Moisan, han aprovechado su experiencia en bioimpresión y materiales para construir una arquitectura renal 3D funcional que contenga células epiteliales humanas vivas, que recubren la superficie de los túbulosen el riñón. El estudio aparece en línea en la revista Informes científicos .
"El trabajo actual amplía aún más nuestra plataforma de bioimpresión para crear arquitecturas funcionales de tejidos humanos con relevancia tanto tecnológica como clínica", dijo Lewis, quien también es profesor de ingeniería biológicamente inspirada en Hansjörg Wyss en la Escuela de Ingeniería John A. Paulson de Harvard yCiencias Aplicadas.
La arquitectura renal en 3D creada por el equipo de Lewis imita un túbulo proximal, un tubo hueco serpentino que es una parte esencial de cada nefrona. Cada riñón humano tiene más de un millón de nefronas, que realizan la función vital de transferir componentes entre la sangre y la orinaDentro de las circunvoluciones de los túbulos proximales de una nefrona, el 65-80% de los nutrientes son reabsorbidos y transportados desde el filtrado renal de regreso al torrente sanguíneo. Por lo tanto, la arquitectura renal 3D bioimpresa recapitula una subunidad muy pequeña, pero crítica, de un todoriñón.
El equipo de Lewis logró este avance al adaptar su enfoque anterior para la bioimpresión de células vivas para formar tejidos gruesos. Utilizando una junta de silicona impresa en 3D personalizable como molde, comienzan moldeando una matriz extracelular diseñada como una capa base. A continuación,Se imprime una "tinta fugitiva" que finalmente se licua y se elimina de la arquitectura final en una forma tubular enrollada y retorcida similar a la estructura de los túbulos proximales renales naturales. Esta característica impresa se encapsula con otra capa de matriz extracelular.
Finalmente, toda la construcción se enfría, se elimina la tinta fugitiva y el resultado es un túbulo abierto incrustado dentro de la matriz extracelular. Una sola entrada y salida en los extremos opuestos del túbulo se perfunden primero con medio de crecimiento celular y luego proximal humanocélulas del túbulo, que rápidamente comienzan a adherirse al revestimiento del canal abierto. Eventualmente, estas células se orientan en una monocapa compacta que recubre toda la longitud de la arquitectura renal 3D y actúa como una barrera celular entre la luz interna del túbulo yla matriz extracelular exterior. Los nutrientes, que perfunden el túbulo a través de la entrada y la salida, nutren las células vivas y las mantienen vivas y funcionales durante más de dos meses. A medida que las células maduran, la arquitectura renal 3D comienza a realizar las mismas tareas importantescomo el túbulo proximal de una nefrona natural. Las drogas u otros factores se pueden bombear a través de la arquitectura renal 3D para investigar su nefrotoxicidad y los efectos generales en el tumor proximalcélulas bules.
Co-primeros autores del estudio Kimberly Homan, Ph.D., Wyss Research Associate, y David Kolesky, Ph.D., Wyss Postdoctoral Fellow, enfatizan que el aspecto más emocionante del trabajo es que, lejosmás allá de imitar la forma del túbulo proximal del riñón: es un modelo in vitro creíble que funciona como tejido renal vivo y representa un avance significativo del cultivo celular 2D tradicional. El equipo dedicó un gran esfuerzo a caracterizar la estructura y la función biológica del modelo.
Como resultado, su enfoque algún día podría ampliarse y traducirse en un implante o dispositivo de asistencia para órganos. En el corto plazo, puede ofrecer a los médicos una herramienta específica para el paciente para evaluar las opciones de tratamiento o diagnosticar enfermedades y también brindarindustria farmacéutica es una forma poderosa de determinar cómo los medicamentos impactan la salud y la función de las nefronas del riñón.
"El uso de modelos funcionales similares a los tejidos durante los estudios preclínicos proporcionará información sin precedentes sobre la respuesta farmacológica relevante para el ser humano antes del desarrollo clínico", dijo Moisan, Jefe de Laboratorio en Seguridad Mecánica en Roche y autor de este estudio.
Como plataforma de fabricación, el enfoque es flexible, escalable y adaptable, lo que significa que además de trabajar hacia construcciones renales más grandes y ampliadas, el equipo también planea explorar el desarrollo de otros tipos de tejidos y órganos humanos funcionales complejos.
"Hemos apuntado inicialmente esta arquitectura renal, porque el riñón representa una necesidad clínica tan apremiante en todo el mundo", dijo Lewis. "Si bien hasta ahora solo hemos demostrado una subunidad funcional dentro del riñón, estamos ampliando activamente el métodoy su complejidad para permitir futuras aplicaciones in vivo ".
"Este avance en la impresión 3D de tejidos vivos que recapitula funciones cruciales de los órganos por parte de Jennifer y su equipo abre un nuevo camino para diseñar sistemas modelo para el desarrollo de fármacos, así como para crear dispositivos extracorpóreos más funcionales e implantes de órganos completos en el futuro,"dijo Donald Ingber, MD, Ph.D., Director Fundador del Instituto Wyss, Judah Folkman Profesor de Biología Vascular en la Escuela de Medicina de Harvard y el Hospital de Niños de Boston, y Profesor de Bioingeniería en SEAS.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Wyss de Ingeniería Biológicamente Inspirada en Harvard . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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