Los nanoingenieros de la Universidad de California en San Diego han impreso en 3D una red de vasos sanguíneos funcionales y realistas que podría allanar el camino hacia órganos artificiales y terapias regenerativas.
La nueva investigación, dirigida por el profesor de nanoingeniería Shaochen Chen, aborda uno de los mayores desafíos en la ingeniería de tejidos: crear tejidos y órganos realistas con vasculatura funcional, redes de vasos sanguíneos que pueden transportar sangre, nutrientes, desechos y otros materiales biológicos,- y hacerlo con seguridad cuando se implanta dentro del cuerpo.
Los investigadores de otros laboratorios han utilizado diferentes tecnologías de impresión 3D para crear vasos sanguíneos artificiales. Pero las tecnologías existentes son lentas, costosas y producen principalmente estructuras simples, como un solo vaso sanguíneo, un tubo, básicamente. Estos vasos sanguíneos tampoco soncapaz de integrarse con el propio sistema vascular del cuerpo.
"Casi todos los tejidos y órganos necesitan vasos sanguíneos para sobrevivir y funcionar correctamente. Este es un gran cuello de botella para hacer trasplantes de órganos, que tienen una gran demanda pero escasean", dijo Chen, quien dirige los nanobiomateriales, la bioimpresión y el tejidoLaboratorio de ingeniería en UC San Diego. "Los órganos de bioimpresión 3D pueden ayudar a cerrar esta brecha, y nuestro laboratorio ha dado un gran paso hacia ese objetivo".
El laboratorio de Chen imprimió en 3D una red de vasculatura que puede integrarse de manera segura con la propia red del cuerpo para hacer circular la sangre. Estos vasos sanguíneos se ramifican en muchas series de vasos más pequeños, similares a las estructuras de los vasos sanguíneos que se encuentran en el cuerpo. El trabajo fue publicadoen Biomateriales .
El equipo de Chen desarrolló una innovadora tecnología de bioimpresión, utilizando sus propias impresoras 3D caseras, para producir rápidamente intrincadas microestructuras 3D que imitan los sofisticados diseños y funciones de los tejidos biológicos. El laboratorio de Chen ha utilizado esta tecnología en el pasado para crear tejido hepático y peces microscópicosque puede nadar en el cuerpo para detectar y eliminar toxinas.
Los investigadores primero crean un modelo 3D de la estructura biológica en una computadora. La computadora luego transfiere instantáneas 2D del modelo a millones de espejos de tamaño microscópico, cada uno controlado digitalmente para proyectar patrones de luz UV en forma de estas instantáneasLos patrones UV se iluminan en una solución que contiene células vivas y polímeros sensibles a la luz que se solidifican tras la exposición a la luz UV. La estructura se imprime rápidamente una capa a la vez, de manera continua, creando un andamio de polímero sólido 3D que encapsula células vivasque crecerá y se convertirá en tejido biológico.
"Podemos imprimir directamente estructuras detalladas de microvasculatura en una resolución extremadamente alta. Otras tecnologías de impresión 3D producen el equivalente de estructuras 'pixeladas' en comparación y generalmente requieren materiales de sacrificio y pasos adicionales para crear los vasos", dijo Wei Zhu, un académico postdoctoralen el laboratorio de Chen y un investigador principal del proyecto.
Y todo este proceso lleva solo unos segundos, una gran mejora con respecto a los métodos de bioimpresión de la competencia, que normalmente toman horas solo para imprimir estructuras simples. El proceso también utiliza materiales que son económicos y biocompatibles.
El equipo de Chen usó imágenes médicas para crear un patrón digital de una red de vasos sanguíneos que se encuentra en el cuerpo. Utilizando su tecnología, imprimieron una estructura que contiene células endoteliales, que son células que forman el revestimiento interno de los vasos sanguíneos.
Toda la estructura cabe en un área pequeña que mide 4 milímetros × 5 milímetros, 600 micrómetros de espesor tan grueso como una pila que contiene 12 mechones de cabello humano.
Los investigadores cultivaron varias estructuras in vitro durante un día, luego injertaron los tejidos resultantes en heridas cutáneas de ratones. Después de dos semanas, los investigadores examinaron los implantes y descubrieron que habían crecido con éxito y se habían fusionado con la red de vasos sanguíneos del huésped, permitiendola sangre circula normalmente
Chen señaló que los vasos sanguíneos implantados aún no son capaces de otras funciones, como transportar nutrientes y desechos. "Todavía tenemos mucho trabajo por hacer para mejorar estos materiales. Este es un paso prometedor hacia el futuro de la regeneración de tejidosy reparar ", dijo.
Avanzando, Chen y su equipo están trabajando en la construcción de tejidos específicos del paciente utilizando células madre pluripotentes inducidas por humanos, lo que evitaría que los trasplantes sean atacados por el sistema inmunitario del paciente. Y dado que estas células se derivan de las células de la piel de un paciente, los investigadoresno será necesario extraer células del interior del cuerpo para construir tejido nuevo. El objetivo final del equipo es trasladar su trabajo a ensayos clínicos. "Pasarán al menos varios años antes de alcanzar ese objetivo", dijo Chen.
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Materiales proporcionado por Universidad de California - San Diego . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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