Bioingeniería: Un nuevo método de bioimpresión, permite la impresión precisa de esferoides tisulares
09 de marzo de 2020 | Historia original de Penn State.
Un nuevo método de bioimpresión utiliza la aspiración de pequeñas muestras biológicas como esferoides, células y hebras de tejido, para colocarlos con precisión en patrones 3D, ya sea con o sin andamios, crear tejidos artificiales con propiedades naturales, según los investigadores de Penn State.
“Los esferoides tisulares son cada vez más utilizados como bloques de construcción para la fabricación de tejidos, pero su bioimpresión precisa ha sido una limitación importante”, dijo Ibrahim T. Ozbolat, Profesor Asociado de la familia de carreras de Ciencias de la Ingeniería y Mecánica. “Además, estos esferoides han sido principalmente bioimpresos en sistemas libres de andamios y no se han podido aplicar para la fabricación con sistemas de andamio.”
El uso de andamios es necesario para muchas aplicaciones en medicina regenerativa e ingeniería de tejidos y también en la fabricación de sistemas microfisiológicos para el modelado de enfermedades o la detección de drogas.
Ozbolat y su equipo utilizaron la bioimpresión asistida por aspiración junto con la impresión convencional de microválvulas para crear tejidos homogéneos y tejidos que contienen una variedad de células.
La bioimpresión asistida por aspiración utiliza el poder de la succión para mover pequeños esferoides microscópicos. Del mismo modo que se podría recoger una semilla colocando una pajita de bebida en él y chupando a través de ésta, la bioimpresión asistida por aspiración recoge el esferoide del tejido, sostiene la succión sobre el esferoide hasta que se coloca exactamente en el lugar adecuado y luego lo libera.
Los investigadores informan sobre su trabajo de ingeniería de tejidos en el journal Science Advances.
“Por supuesto, la aspiración de los esferoides debe ser suave de acuerdo con sus propiedades viscoelásticas para que no se produzca ningún daño en la transferencia de los esferoides al sustrato de gel”, dijo Ozbolat. “Los esferoides deben estar estructuralmente intactos y ser biológicamente viables”.
Al controlar la colocación exacta y el tipo de esferoide, los investigadores han sido capaces de crear muestras de tejidos heterocelulares, o sea aquellos que contienen diferentes tipos de células.
“Demostramos por primera vez que al controlar la ubicación y la distancia entre los esferoides podemos mediar en brotes capilares colectivos”, dijo Ozbolat.
Los investigadores fueron capaces de crear una matriz de esferoides irrigada por brotes capilares en las direcciones deseadas. Los capilares son necesarios para la creación de tejidos que puedan crecer y seguir viviendo. Son un medio de entregar oxígeno y nutrientes a las células, sin los cuales, estas morirán. Sin capilares, sólo las células más externas recibirán oxígeno y nutrientes.
La colocación precisa de esferoides también permite la creación de tejidos heterocelulares como el hueso. Al comenzar con las células madre mesenquimatosas humanas, los investigadores encontraron que las células se diferenciaban y se ensamblaban el tejido óseo.
La capacidad de producir tejidos vivos artificiales es valiosa en otras áreas además de la medicina regenerativa. Con frecuencia, las muestras de tejido son necesarias para analizar medicamentos o analizar otros productos químicos. La producción de tejidos específicos para cada propósito podría ayudar en estos esfuerzos.
Los investigadores sugieren que este método puede ser rentable porque el equipo requerido cuesta menos de US$ 1.000 y es fácil de usar. Informan que el sistema “puede ser útil en una amplia variedad de aplicaciones, incluyendo, pero no limitado a dispositivos de órgano en un chip, dispositivos de prueba de drogas, microfluídica, modelos de enfermedades humanas in vitro, ingeniería de organoides, biofabricación e ingeniería de tejidos, biocomputación y biofísica”.
Señalan que el sistema todavía necesita mejoras para imprimir esferoides en alto rendimiento para crear tejidos más grandes en un tiempo más corto.
También puede haber otros usos listos para usar para este sistema. Ozbolat sugiere que por ejemplo, la bioimpresión de electrocitos de las anguilas eléctricas que producen una corriente eléctrica podría conducir a la producción de baterías vivientes en el futuro.
Referencia
Ayan, B., Heo, D. N., Zhang, Z., Dey, M., Povilianskas, A., Drapaca, C., & Ozbolat, I. T. (2020). Aspiration-assisted bioprinting for precise positioning of biologics. Science Advances, 6(10), eaaw5111. https://doi.org/10.1126/sciadv.aaw5111.
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