El cuerpo humano está conformado por órganos que a su vez se construyen a partir de células especializadas que forman parte de la matriz extracelular, que funciona como una especie de andamio biológico para la formación de órganos.

Esta matriz proporciona la estructura y las señales bioquímicas que las células necesitan para realizar sus funciones normales. Pero aun sabiendo esto, hasta ahora no se había podido reconstruirla por medio de métodos tradicionales de biofabricación.

Ahora un equipo de investigadores de la Universidad Carnegie Mellon ha logrado dicho cometido, y por medio de un artículo publicado recientemente en la revista Science revela una nueva técnica que les permite bioimprimir las redes del tejido tridimensional a partir de colágeno, la principal proteína estructural del cuerpo humano.

Incrustación reversible de forma libre de hidrogeles suspendidos (FRESH)

Andrew Hudson, primer coautor del artículo, explica que el colágeno es un material ideal para imprimir en 3D al ser una molécula que conforma todos los tejidos del cuerpo humano, con la desventaja de que su fluidez, que la hace desparramarse sin una plataforma de soporte.

“El colágeno es un biomaterial extremadamente deseable para imprimir en 3-D porque literalmente compone cada tejido de su cuerpo. Sin embargo, lo que hace que sea tan difícil imprimir en 3-D es que comienza como un fluido, por lo que si intenta imprimir esto en el aire, se forma un charco en su plataforma de construcción. Así que hemos desarrollado una técnica que evita que se deforme”.

De modo que para poder lograr su cometido, los investigadores aplicaron una técnica conocida como como Incrustación reversible de forma libre de hidrogeles suspendidos (FRESH).

Esta permite que el colágeno se deposite capa por capa dentro de un baño de gel que le sirve de soporte, donde se solidifica antes de retirarse de dicho baño. Este gel se puede derretir fácilmente calentándolo desde temperatura ambiente hasta temperatura corporal una vez que se completara la impresión.

De este modo, se puede retirar el gel de soporte sin causar daños a la estructura impresa hecha de colágeno, lo cual representa un gran avance en la bioimpresión en 3D permitiendo la impresión de órganos humanos a gran escala.

Otro punto a destacar es que el método es bastante versátil, y no solo funciona con el colágeno, sino también con otros geles blandos que incluyen fibrina, alginato y ácido hialurónico. Al utilizarlos en la técnica FRESH, proporciona una plataforma de tejidos robusta y adaptable.

Con FRESH imprimen partes del corazón que funcionan

Usando colágeno y un gel de soporte, han logrado reproducir en 3D la estructura del corazón. Crédito: Facultad de Ingeniería de la Universidad Carnegie Mellon.

Como vemos, se trata de un método pionero que recientemente ha sido aplicado para imprimir en 3D la estructura de un corazón humano adulto de tamaño completo, confiriendo un paso de innovación en la ingeniería de tejidos.

Adam Feinberg, profesor de ingeniería biomédica y ciencia e ingeniería de materiales en Carnegie Mellon, desarrolló este trabajo en su laboratorio. Explica que por medio de esta técnica han logrado imprimir con gran precisión partes del corazón que realmente funcionan.

“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 pequeño ventrículo que late. Al utilizar los datos de resonancia magnética de un corazón humano, pudimos reproducir con precisión la estructura anatómica específica del paciente y el colágeno bioimprimido en 3-D y las células del corazón humano”.

En la actualidad, los trasplantes se han convertido en una necesidad. En los Estados Unidos, más de 4000 pacientes se encuentran esperando un trasplante de corazón, mientras que millones de personas en todo el mundo también los necesitan pero no cumplen con los requisitos para aspirarlos.

De modo que ante la dificultad que implican los trasplantes de órganos de parte de otras personas, ha sido necesario desarrollar nuevas alternativas para abordar los problemas cardíacos de los pacientes a nivel mundial. La impresión 3D de las partes del corazón parece tener potencial para ello.

Referencia:

3D bioprinting of collagen to rebuild components of the human heart. https://science.sciencemag.org/content/365/6452/482