El desafío de conseguir una bioimpresión de tejidos de ingeniería en 3D se ha superado. La bioimpresión se basa en la tecnología de impresión 3D, que utiliza células y biopolímeros para crear estructuras y tejidos biológicos.
En un estudio experimental que aparece en Science Advances, se explica con detalle cómo un equipo de nanoingenieros de la Escuela Jacobs, en la Universidad de California en San Diego, abordaron con éxito uno de los tipos más prometedores de bioimpresión 3D, la denominada de procesamiento de luz digital (DLP).
Los tejidos de ingeniería 3D (similares a los humanos creados en laboratorio pero funcionales, hechos de células vivas y estructuras de biomateriales) tienen un gran potencial para aplicaciones biomédicas, entre ellas pruebas y desarrollo de medicamentos, trasplantes de órganos, medicina regenerativa y medicina personalizada, entre otras.
En opinión de estos nanoingenieros, dirigidos por el profesor Shaochen Chen, podrían añadir velocidad e integridad significativas al proceso de desarrollo de fármacos, además de ayudar a mitigar los desafíos asociados con la escasez de donantes de órganos y el rechazo inmunitario.
Chen explica que “después de la impresión, cultivamos la construcción para permitir que las células maduren o se reorganicen en un tejido funcional. La célula es como una semilla y cada tipo de célula tiene una densidad específica en la que son más potentes para brotar”.
Utilizando los enfoques existentes, cuanto más densa sea la presencia de células en la biotinta, que es un polímero biocompatible utilizado en la bioimpresión 3D basada en DLP, más se dispersa la luz, lo que dificulta la resolución de la impresión.
Los investigadores redujeron 10 veces este efecto, lo que les permitió imprimir con altas densidades celulares y alta resolución gracias al agente de contraste iodixanol, un nuevo ingrediente de la biotinta.
Biotinta para bioimpresión 3D
En este punto, Shangting You, del equipo, subraya que “usando iodixanol, desarrollamos un biotinta de índice de refracción coincidente para la bioimpresión basada en DLP, para mitigar la dispersión de la luz de las células, concentrando la energía dentro del patrón de luz definido por el usuario para mejorar la fidelidad de la impresión”.
Chen recuerda que, durante unos 20 años en su laboratorio, han desarrollado técnicas de bioimpresión e impresión 3D basadas en DLP, ayudando a crear la base para la biofabricación 3D moderna.
La bioimpresión 3D basada en DLP utiliza un dispositivo de microespejo digital (DMD) para proyectar una sección transversal 2D del modelo 3D en la biotinta reticulable con imagen. Cuando se expone a la luz, esta biotinta, que puede ser sintética o natural, se solidifica.
A continuación, tiene lugar un complicado proceso que se repite hasta conseguir una serie de capas, en las que ajustar el índice de refracción de la biotinta minimiza el efecto de dispersión y mejora significativamente la fabricación.
Estos científicos han demostrado que pueden lograr un tamaño de característica de aproximadamente 50 µm en una biotinta de metacrilato de gelatina (GelMA) de índice de refracción coincidente con una densidad celular de hasta 0,1 mil millones/mL.
Entre las innovaciones que destacan en este proceso figura una red vascular orgánica hueca, incrustada en un tejido grueso cargado de células que -según dicen- permite el cultivo perfundido y a largo plazo, y una forma de copo de nieve y radios para mostrar la alta resolución.
Los próximos pasos incluyen el desarrollo de modelos de tejido in vitro de alta densidad celular, estructurados con precisión para mejorar la recapitulación histológica y funcional, con miras a la impresión de tejidos grandes de alta densidad celular para trasplantes y reemplazos de tejidos y órganos en humanos.
