El crecimiento de tejidos y el comportamiento de las células pueden controlarse e investigarse particularmente bien incrustando las células en un delicado marco 3D. Esto se logra utilizando métodos de impresión 3D aditivos, las llamadas técnicas de "bioimpresión". Sin embargo, esto implica una serie dedesafíos: algunos métodos son muy imprecisos o solo permiten un período de tiempo muy corto en el que las células pueden procesarse sin sufrir daños. Además, los materiales utilizados deben ser amigables con las células durante y después del proceso de biopricing 3D. Esto restringe la variedad demateriales posibles
En TU Wien Viena se ha desarrollado un proceso de bioimpresión de alta resolución con materiales completamente nuevos: gracias a una "bio tinta" especial para la impresora 3D, las células ahora se pueden integrar en una matriz 3D impresa con precisión micrométrica -- a una velocidad de impresión de un metro por segundo, órdenes de magnitud más rápidas de lo que era posible anteriormente
El medio ambiente importa
"El comportamiento de una célula depende crucialmente de las propiedades mecánicas, químicas y geométricas de su entorno", dice el profesor Aleksandr Ovsianikov, jefe del grupo de investigación de impresión 3D y biofabricación en el Instituto de Ciencia y Tecnología de Materiales TU Wien"Las estructuras en las que están incrustadas las células deben ser permeables a los nutrientes para que las células puedan sobrevivir y multiplicarse. Pero también es importante si las estructuras son rígidas o flexibles, si son estables o se degradan con el tiempo".
Es posible producir primero estructuras adecuadas y luego colonizarlas con células vivas, pero este enfoque puede dificultar la colocación de las células en el interior del andamio, y es difícil lograr una distribución celular homogénea de esa manera.una opción mucho mejor es incrustar las células vivas directamente en la estructura 3D durante la producción de la estructura; esta técnica se conoce como "bioimpresión".
La impresión de objetos 3D microscópicamente finos ya no es un problema hoy. Sin embargo, el uso de células vivas presenta a la ciencia desafíos completamente nuevos: "Hasta ahora, simplemente ha habido una falta de sustancias químicas adecuadas", dice Aleksandr Ovsianikov. "Ustednecesita líquidos o geles que se solidifiquen precisamente donde los ilumina con un rayo láser enfocado. Sin embargo, estos materiales no deben ser dañinos para las células y todo el proceso tiene que suceder extremadamente rápido ".
dos fotones a la vez
Para lograr una resolución extremadamente alta, los métodos de polimerización de dos fotones se han utilizado en TU Wien durante años. Este método utiliza una reacción química que solo se inicia cuando una molécula del material absorbe simultáneamente dos fotones del rayo láser.Esto solo es posible cuando el rayo láser tiene una intensidad particularmente alta. En estos puntos, la sustancia se endurece, mientras permanece líquida en todas partes. Por lo tanto, este método de dos fotones es el más adecuado para producir estructuras extremadamente finas con alta precisión.
Sin embargo, estas técnicas de alta resolución generalmente tienen la desventaja de ser muy lentas, a menudo en el rango de micrómetros o unos pocos milímetros por segundo. En TU Wien, sin embargo, los materiales aptos para celdas pueden procesarse a una velocidad de más deun metro por segundo, un paso decisivo hacia adelante. Solo si todo el proceso se puede completar en unas pocas horas, hay una buena posibilidad de que las células sobrevivan y se desarrollen más.
Numerosas nuevas opciones
"Nuestro método ofrece muchas posibilidades para adaptar el entorno de las células", dice Aleksandr Ovsianikov. Dependiendo de cómo se construya la estructura, puede hacerse más rígida o más blanda. Incluso se pueden realizar gradientes finos y continuos. De esta manera,es posible definir exactamente cómo debería verse la estructura para permitir el tipo deseado de crecimiento celular y migración celular. La intensidad del láser también se puede utilizar para determinar la facilidad con la que la estructura se degradará con el tiempo.
Ovsianikov está convencido de que este es un paso importante para la investigación celular: "Al usar estos andamios 3D, es posible investigar el comportamiento de las células con una precisión previamente inalcanzable. Es posible estudiar la propagación de enfermedades, y si las células madrese utilizan, incluso es posible producir tejido a medida de esta manera "
El proyecto de investigación es una cooperación internacional e interdisciplinaria en la que participaron tres institutos diferentes de la TU Viena: el grupo de investigación de Ovsianikov fue responsable de la tecnología de impresión en sí, el Instituto de Química Sintética Aplicada desarrolló fotoiniciadores rápidos y amigables con las células las sustancias queiniciar el proceso de endurecimiento cuando esté iluminado y el Instituto de Estructuras Ligeras y Biomecánica Estructural analizó las propiedades mecánicas de las estructuras impresas.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Tecnológica de Viena . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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