La profesora Arda Gozen mira hacia un futuro en el que los médicos puedan presionar un botón para imprimir un andamio en sus impresoras 3-D y crear piel, cartílago u otro tejido de reemplazo a medida para sus pacientes.
Gozen, George y Joan Berry, profesor asociado en la Escuela de Ingeniería Mecánica y de Materiales de la Universidad Estatal de Washington, y un equipo de investigadores han desarrollado un material de andamiaje único para tejidos diseñados que se puede ajustar para el complicado negocio de cultivar tejido natural. Informan sobre su investigación en la revista, Bioimpresión . El equipo también incluye investigadores de la Escuela de Ingeniería Química y Bioingeniería Gene y Linda Voiland de WSU, así como de la Universidad de Texas-San Antonio UTSA, Morehouse College y la Universidad de Rochester. El autor principal es Mahmoud Amr,quien recibió su doctorado en UTSA.
En las últimas décadas, los investigadores han estado trabajando para utilizar material biológico en la impresión 3D para crear tejidos u órganos para pacientes que se recuperan de una lesión o enfermedad. El uso de la impresión 3D o la fabricación aditiva permite imprimir estructuras complejas, porosas y personalizadasy podría permitir a los médicos algún día imprimir tejido para el cuerpo y las necesidades particulares de un paciente. Para crear estructuras biológicas, los materiales biológicos conocidos como "bioenlaces" se dispensan desde una boquilla y se depositan capa por capa, creando complejos "andamios" de verdadmaterial biológico y proporcionando un lugar agradable para que las células crezcan.
La naturaleza, sin embargo, ha sido hasta ahora más complicada de lo que los investigadores pueden seguir. A las células biológicas reales les gusta crecer en un andamio que se acerca a sus propias propiedades. Por ejemplo, una célula de la piel quiere crecer en un andamio que se sientecomo piel, mientras que una célula muscular solo se desarrollará en un andamio que se siente como músculo.
"El éxito de este método en la fabricación de tejidos funcionales depende en gran medida de qué tan bien las estructuras fabricadas imitan a los tejidos nativos", dijo Gozen. "Si desea cultivar células y convertirlas en tejido funcional, debe adaptarse al entorno mecánicodel tejido nativo. "
La forma en que los investigadores han variado tradicionalmente sus andamios era simplemente quitar las cerchas para hacerlas más suaves o rígidas, un método que es demasiado simple para abordar toda la complejidad necesaria en la ingeniería de tejidos.
"No tenemos muchas perillas para girar", dijo Gozen. "Necesitas más grados de libertad para crear algo más suave o más duro sin cambiar la estructura".
El equipo de investigadores desarrolló un nuevo material de bioenlace que permite personalizar las propiedades para acercarse más a lo que las células pueden necesitar. Los ingredientes para su estructura incluyen gelatina, goma arábiga y alginato de sodio, que son todos agentes espesantes comunes que se usan en muchos alimentos procesados..
Similar a la forma en que una cuerda gruesa está hecha de hebras trenzadas, los investigadores utilizaron tres procesos químicos separados para unir sus tres ingredientes en un material de andamio para la impresión.
Jugar con los procesos químicos separados proporciona una manera de ajustar con precisión las propiedades mecánicas del material, lo que les permite hacer un andamio final más suave o más rígido.
"Eso le brinda la capacidad de ajustar las propiedades sin cambiar el diseño del andamio y le brinda el grado adicional de libertad que estamos buscando".
Al ajustar los enlaces químicos entre las hebras de la cuerda, no cambiaron el material de manera significativa y fue adecuado para el crecimiento de células de cartílago.
El trabajo aún se encuentra en sus primeras etapas, y los investigadores quisieran descubrir cómo ajustar con mayor precisión el proceso y el material final. Podrían buscar variar la composición de sus tres materiales o imprimir a diferentes temperaturas, por ejemplo.
Tratar de imitar la vasta complejidad del tejido natural sigue siendo un desafío. Incluso un simple trozo de cartílago del tamaño de un milímetro en la rodilla, por ejemplo, tiene tres capas separadas y distintas, cada una con diferentes propiedades y funciones mecánicas.
"Aquí no estás ensamblando Legos. Siempre se trata de replicar la naturaleza que funciona con el cuerpo", dijo Gozen. "Puedes crear estructuras vivientes, pero no se parecen en nada al tejido nativo. La precisión es clave porque no hay una solaobjetivo de propiedades mecánicas para una sola pieza de tejido ".
La investigación fue financiada por la National Science Foundation.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Washington . Original escrito por Tina Hilding. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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