Un equipo de investigadores de la Universidad Carnegie Mellon ha publicado un artículo en ciencia que detalla una nueva técnica que permite a cualquier persona imprimir en 3D andamios de tejido de colágeno, la principal proteína estructural en el cuerpo humano. Este método, el primero de su tipo, acerca el campo de la ingeniería de tejidos un paso más cerca de poder 3Dimprima un corazón humano adulto de tamaño completo.
La técnica, conocida como Incrustación reversible de forma libre de hidrogeles suspendidos FRESH, ha permitido a los investigadores superar muchos desafíos asociados con los métodos de bioimpresión 3D existentes y lograr una resolución y fidelidad sin precedentes utilizando materiales blandos y vivos.
Cada uno de los órganos del cuerpo humano, como el corazón, está construido a partir de células especializadas que se mantienen unidas por un andamio biológico llamado matriz extracelular ECM. Esta red de proteínas ECM proporciona la estructura y las señales bioquímicas que las célulasnecesitan llevar a cabo su función normal. Sin embargo, hasta ahora no ha sido posible reconstruir esta compleja arquitectura ECM utilizando métodos tradicionales de biofabricación.
"Lo que hemos demostrado es que podemos imprimir fragmentos del corazón de las células y el colágeno en partes que realmente funcionen, como una válvula cardíaca o un ventrículo pequeño", dice Adam Feinberg, profesor de ingeniería biomédica BME y ciencia e ingeniería de materiales en Carnegie Mellon, cuyo laboratorio realizó este trabajo. "Mediante el uso de datos de resonancia magnética de un corazón humano, pudimos reproducir con precisión la estructura anatómica específica del paciente y el colágeno bioimpreso en 3D y las células del corazón humano".
Más de 4000 pacientes en los Estados Unidos están esperando un trasplante de corazón, mientras que millones de personas en todo el mundo necesitan corazones pero no son elegibles para la lista de espera. La necesidad de órganos de reemplazo es inmensa, y se necesitan nuevos enfoques para diseñar órganos artificiales que sean capacesde reparar, suplementar o reemplazar la función del órgano a largo plazo Feinberg, miembro de Carnegie Mellon's Iniciativa de órganos de bioingeniería , está trabajando para resolver estos desafíos con una nueva generación de órganos de bioingeniería que replican más estrechamente las estructuras de los órganos naturales.
"El colágeno es un biomaterial extremadamente deseable para la impresión 3D porque constituye literalmente cada tejido de su cuerpo", explica Andrew Hudson, un estudiante de doctorado en BME en el laboratorio de Feinberg y coautor del artículo ".Sin embargo, lo que hace que sea tan difícil imprimir en 3D es que comienza como un fluido, por lo que si intenta imprimir esto en el aire, simplemente forma un charco en su plataforma de construcción. Por lo tanto, hemos desarrollado una técnica que lo impidede deformarse "
El método de bioimpresión FRESH 3D desarrollado en el laboratorio de Feinberg permite que el colágeno se deposite capa por capa dentro de un baño de gel de soporte, dando al colágeno la oportunidad de solidificarse en su lugar antes de extraerlo del baño de soporte. Con FRESH, elel gel de soporte se puede derretir fácilmente al calentar el gel desde la temperatura ambiente hasta la temperatura corporal una vez que se completa la impresión. De esta manera, los investigadores pueden eliminar el gel de soporte sin dañar la estructura impresa hecha de colágeno o células.
Este método es realmente emocionante para el campo de la bioimpresión en 3D porque permite imprimir andamios de colágeno a gran escala de órganos humanos. Y no se limita al colágeno, como una amplia gama de otros geles blandos como fibrina, alginato,y el ácido hialurónico puede ser bioimpreso en 3D usando la técnica FRESH, proporcionando una plataforma de ingeniería de tejidos robusta y adaptable. Es importante destacar que los investigadores también desarrollaron diseños de código abierto para que casi cualquier persona, desde laboratorios médicos hasta clases de ciencias de la escuela secundaria, pueda construir y tener accesoa bioimpresoras 3D de bajo costo y alto rendimiento.
Mirando hacia el futuro, FRESH tiene aplicaciones en muchos aspectos de la medicina regenerativa, desde la reparación de heridas hasta la bioingeniería de órganos, pero es solo una parte de un campo de biofabricación en crecimiento. "Realmente de lo que estamos hablando es de la convergencia de tecnologías", diceFeinberg: "No solo lo que hace mi laboratorio en bioimpresión, sino también de otros laboratorios y pequeñas empresas en las áreas de ciencia de células madre, aprendizaje automático y simulación por computadora, así como también nuevo hardware y software de bioimpresión 3D".
"Es importante entender que aún quedan muchos años de investigación por hacer", agrega Feinberg, "pero aún debe haber entusiasmo por el hecho de que estamos progresando realmente hacia la ingeniería de tejidos y órganos humanos funcionales, y este documento esun paso por ese camino "
Otros colaboradores en el documento incluyen al coautor Andrew Lee, un estudiante de doctorado de BME en el laboratorio de Feinberg; el investigador postdoctoral de BME Dan Shiwarski; los estudiantes de doctorado de BME Joshua Tashman, TJ Hinton, Sai Yerneni y Jacqueline Bliley; y el profesor de investigación BME Phil Campbell.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Facultad de Ingeniería, Universidad Carnegie Mellon . Original escrito por Emily Durham. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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