Los bioingenieros de la Universidad de California en San Diego han desarrollado una técnica de bioimpresión en 3D que funciona con materiales naturales y es fácil de usar, lo que permite a los investigadores de diferentes niveles de experiencia técnica producir modelos de tejido de órganos realistas.
Como prueba de concepto, el equipo de UC San Diego usó su método para crear redes de vasos sanguíneos capaces de mantener vivo un tumor de cáncer de seno fuera del cuerpo. También crearon un modelo de intestino humano vascularizado. El trabajo fue publicado recientemente en Materiales avanzados de atención médica .
El objetivo no es hacer órganos artificiales que puedan implantarse en el cuerpo, dijeron los investigadores, sino hacer modelos de órganos humanos fáciles de cultivar que puedan estudiarse fuera del cuerpo o usarse para la detección de drogas farmacéuticas.
"Queremos que sea más fácil para los científicos cotidianos, que pueden no tener la especialización requerida para otras técnicas de impresión 3D, hacer modelos 3D de los tejidos humanos que están estudiando", dijo el primer autor Michael Hu, un especialista en bioingenieríaEstudiante de doctorado en la Escuela de Ingeniería UC San Diego Jacobs. "Los modelos serían más avanzados que los cultivos celulares 2D o 3D estándar, y más relevantes para los humanos cuando se trata de probar nuevos medicamentos, que actualmente se realiza en modelos animales"
"No necesitas nada complicado para adoptar esto en tu laboratorio", dijo Prashant Mali, profesor de bioingeniería en la Escuela de Ingeniería de la Universidad de California San Diego Jacobs, autor principal del estudio. "Nuestra esperanza es que múltiples laboratorios puedantrabaje con esto y experimente con esto. Cuanto más se adopte, más impacto podría tener ".
El método es simple. Para hacer una red de vasos sanguíneos vivos, por ejemplo, los investigadores primero diseñan digitalmente un andamio usando Autodesk. Usando una impresora 3D comercial, los investigadores imprimen el andamio de un material soluble en agua llamado alcohol polivinílico. Luegovierta una capa gruesa, hecha de materiales naturales, sobre el andamio, deje que se cure y solidifique, y luego enjuague el material del andamio en el interior para crear canales de vasos sanguíneos huecos. Luego, cubren el interior de los canales con células endoteliales,cuáles son las células que recubren el interior de los vasos sanguíneos. El último paso es hacer fluir los medios de cultivo celular a través de los vasos para mantener las células vivas y creciendo.
Los vasos están hechos de materiales naturales que se encuentran en el cuerpo, como el fibrinógeno, un compuesto que se encuentra en los coágulos sanguíneos, y Matrigel, una forma comercialmente disponible de matriz extracelular real de mamíferos.
Encontrar los materiales correctos fue uno de los mayores desafíos, dijo la estudiante de pregrado de bioingeniería Xin Yi Linda Lei, coautora del estudio. "Queríamos usar materiales que fueran naturales en lugar de sintéticos, para poder hacer algolo más cerca posible de lo que hay en el cuerpo. También tenían que poder trabajar con nuestro método de impresión 3D ".
"Podemos utilizar estos materiales cotidianos derivados biológicamente para hacer ex vivo tejidos que están vascularizados ", dijo Mali." Y ese es un aspecto importante si queremos crear tejidos que puedan mantenerse fuera del cuerpo durante largos períodos de tiempo ".
Permanecer vivo
En una serie de experimentos, los investigadores utilizaron los vasos sanguíneos impresos para mantener vivos los tejidos tumorales del cáncer de seno fuera del cuerpo. Extrajeron fragmentos de tumores de ratones y luego incrustaron algunos de los fragmentos en las redes de vasos sanguíneos impresos. Otros fragmentos fueronmantenido en un cultivo celular 3D estándar. Después de tres semanas, los tejidos tumorales encapsulados en las impresiones de los vasos sanguíneos se habían mantenido vivos. Mientras tanto, los del cultivo celular 3D estándar habían muerto en su mayoría.
"Nuestra esperanza es que podamos aplicar nuestro sistema para hacer modelos tumorales que puedan usarse para probar medicamentos contra el cáncer fuera del cuerpo", dijo Hu, quien está particularmente interesado en estudiar modelos tumorales de cáncer de seno. "El cáncer de seno es unode los cánceres más comunes: tiene una de las mayores porciones de investigación dedicada a él y uno de los paneles más grandes de productos farmacéuticos que se están desarrollando para él. Por lo tanto, cualquier modelo que podamos hacer sería útil para más personas ".
En otro conjunto de experimentos, los investigadores crearon un modelo intestinal vascularizado. La estructura consistía en dos canales. Uno era un tubo recto revestido con células epiteliales intestinales para imitar el intestino. El otro era un canal de vasos sanguíneos revestido con células endoteliales. que giraba en espiral alrededor del canal intestinal. El objetivo era recrear un intestino rodeado por una red de vasos sanguíneos. Cada canal se alimentó con medios optimizados para sus células. En dos semanas, los canales comenzaron a adquirir más morfologías realistas. Por ejemplo,el canal intestinal había comenzado a brotar vellosidades, que son las pequeñas proyecciones en forma de dedos que recubren el interior de la pared intestinal.
"Con este tipo de estrategia, podemos comenzar a hacer sistemas complejos y de larga vida en un ex vivo configuración. En el futuro, esto quizás podría suplantar el uso de animales para hacer estos sistemas, que es lo que se está haciendo en este momento ", dijo Mali.
"Esta fue una prueba de concepto que muestra que podemos cultivar diferentes tipos de células juntas, lo cual es importante si queremos modelar interacciones de múltiples órganos en el cuerpo. En una sola impresión, podemos crear dos entornos locales distintos, cada uno manteniendoun tipo diferente de célula viva y colocada lo suficientemente cerca como para que puedan interactuar ", dijo Hu.
En adelante, el equipo está trabajando en extender y refinar esta técnica. El trabajo futuro se centrará en optimizar los vasos sanguíneos impresos y desarrollar modelos de tumores vascularizados que imiten más estrechamente a los del cuerpo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - San Diego . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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