Crédito: UT de Viena
Bioimpresión 3D de células vivas
22 de octubre de 2019 |Historia original de la Universidad Tecnológica de Viena
El crecimiento tisular y el comportamiento de las células se puede controlar e investigar particularmente bien, mediante la inclusión de 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 de desafíos; algunos métodos son muy imprecisos o sólo permiten una ventana de tiempo muy corta en la que las celdas se pueden procesar sin dañarse. Además, los materiales utilizados deben ser amigables con las células durante y después del proceso de bioimpresión 3D. Esto restringe la variedad de posibles materiales.
En la Universidad Tecnológica de Viena (TU Wien) se ha desarrollado un proceso de bioimpresión de alta resolución, con materiales completamente nuevos. Gracias a una “tinta biológica” especial para la impresora 3D, las células ahora se pueden incluir en una matriz 3D impresa con precisión micrométrica --a una velocidad de impresión de un metro por segundo, órdenes de magnitud más rápidos de lo que anteriormente era posible.
El medio ambiente importa
“El comportamiento de las células depende fundamentalmente de las propiedades mecánicas, químicas y geométricas de su entorno”, dijo Aleksandr Ovsianikov, jefe del grupo de investigación de Impresión 3D y Biofabricación del Instituto de Ciencia y Tecnología de Materiales. “Las estructuras en las que se incluyen las células deben ser permeables a los nutrientes para que las células puedan sobrevivir y multiplicarse, pero también es importante saber si las estructuras deben ser rígidas o flexibles, o si deben ser estables o degradarse”.
Es posible producir primero estructuras adecuadas y luego colonizarlas con células vivas, pero este enfoque puede dificultar la ubicación de las células en el interior del andamio, y de esa manera es difícil lograr una distribución celular homogénea. Una opción mucho mejor es incluir las células vivas directamente en la estructura 3D durante la producción de la estructura -esta técnica se conoce como “bioimpresión” -.
La impresión fina de estructuras 3D a nivel microscópico ya no es un problema hoy en día. Sin embargo, el uso de células vivas presenta a la ciencia desafíos completamente nuevos: “Hasta ahora, simplemente han faltado las sustancias químicas adecuadas", dijo Ovsianikov. “Se necesitan líquidos o geles que solidifiquen con precisión cuando se los ilumina con un rayo láser enfocado. Además, estos materiales no deben ser perjudiciales para las células, y todo el proceso tiene que suceder extremadamente rápido”.
Dos fotones a la vez
Con el fin de lograr una resolución extremadamente fina, se han utilizado los métodos de polimerización de dos fotones en UT de Viena. Este método emplea una reacción química que sólo se inicia cuando una molécula del material absorbe simultáneamente dos fotones del rayo láser. Esto sólo es posible cuando el rayo láser tiene una intensidad particularmente alta. En estos puntos la sustancia se endurece, mientras que permanece líquida en el resto. Por lo tanto, este método es el más adecuado para producir estructuras extremadamente finas con alta precisión.
Sin embargo, estas técnicas de alta resolución suelen tener la desventaja de ser muy lentas, a menudo en el rango de micrómetros o unos pocos milímetros por segundo. En la UT de Viena, sin embargo, los materiales aptos para las células se pueden procesar a una velocidad de más de un metro por segundo, constituyendo un paso decisivo. Sólo si todo el proceso se puede completar dentro de unas pocas horas hay una buena probabilidad de que las células sobrevivan y proliferen.
Numerosas opciones nuevas
“Nuestro método ofrece muchas posibilidades para adaptar el entorno de las células”, dijo Ovsianikov. Dependiendo de cómo se construya la estructura, puede tornarse más rígida o flexible. Incluso los gradientes finos y continuos son posibles. De esta manera, es posible definir exactamente cómo debe verse la estructura para permitir el tipo deseado de crecimiento y migración celular. La intensidad del láser también se puede utilizar para determinar con qué facilidad la estructura se degradará en el tiempo.
Ovsianikov está convencido de que este es un importante paso adelante para la investigación celular: “Utilizando 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 se utilizan células madre, sería posible producir tejidos a medida”.
El proyecto de investigación es una cooperación internacional e interdisciplinaria en la que participaron tres institutos diferentes de la UT de Viena: el grupo de investigación de Ovsianikov fue responsable de la propia tecnología de impresión, el Instituto de Química Sintética Aplicada desarrolló los fotoiniciadores rápidos (las sustancias que inician el proceso de endurecimiento cuando se iluminan) y las células, mientras que el Instituto de Estructuras Ligeras y Biomecánica Estructural analizaron las propiedades mecánicas de las estructuras impresas.
Este artículo ha sido republicado a partir de los siguientes materiales y editado para adecuar su longitud y contenido. Para obtener más información, ver la fuente citada.
Referencia: Dobos et al. (2019) Thiol–Gelatin–Norbornene Bioink for Laser‐Based High‐Definition Bioprinting. Advanced Healthcare Materials. DOI: https://doi.org/10.1002/adhm.201900752
