Un nuevo método es un paso hacia la futura impresión 3D de tejidos humanos

Jun 19, 2023

11 de agosto de 2023

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por la Universidad de Sydney

Un equipo de bioingenieros y científicos biomédicos de la Universidad de Sydney y el Instituto de Investigación Médica Infantil (CMRI) de Westmead han utilizado la impresión fotolitográfica 3D para crear un entorno complejo para ensamblar tejido que imita la arquitectura de un órgano.

Los equipos fueron dirigidos por el Profesor Hala Zreiqat y el Dr. Peter Newman de la Escuela de Ingeniería Biomédica de la Universidad de Sydney y el biólogo del desarrollo Profesor Patrick Tam, quien dirige la Unidad de Investigación de Embriología del CMRI. Su artículo fue publicado en Advanced Science.

Utilizando métodos de bioingeniería y cultivo celular, la técnica se utilizó para instruir a células madre derivadas de células sanguíneas o células de la piel para que se conviertan en células especializadas que puedan ensamblarse en una estructura similar a un órgano.

De manera similar a cómo la aguja de un tocadiscos navega por los surcos del vinilo para crear música, las células utilizan proteínas estratégicamente ubicadas y disparadores mecánicos para navegar a través de su intrincado entorno, replicando procesos de desarrollo. La última investigación del equipo empleó señales microscópicas mecánicas y químicas para recrear las actividades celulares durante el desarrollo.

La profesora Hala Zreiqat dijo: "Nuestro nuevo método sirve como manual de instrucciones para las células, permitiéndoles crear tejidos que estén mejor organizados y se parezcan más a sus contrapartes naturales. Este es un paso importante hacia la posibilidad de imprimir en 3D tejidos y órganos funcionales. "

El Dr. Newman dijo que construir tejidos a partir de células requería instrucciones detalladas, no muy diferentes a construir un edificio a partir de muchas partes diferentes: "Imagínese intentar construir un castillo de Lego esparciendo los bloques al azar sobre una mesa y esperando que caigan en el lugar correcto. "Aunque cada bloque está diseñado para conectarse con otros, sin un plan claro, probablemente terminarás con algo que se parece más a una gran pila de bloques de Lego desconectados que a un castillo".

"Lo mismo se puede decir acerca de la construcción de órganos y tejidos a partir de células: sin instrucciones específicas, las células probablemente se agruparían de manera impredecible dentro de estructuras incorrectas. Lo que hemos hecho efectivamente es crear un proceso paso a paso que guía cada bloque de construcción. exactamente dónde debe ir y cómo debe conectarse con los demás", dijo el Dr. Newman.

"En línea con este enfoque, nuestro trabajo recientemente publicado aplica un nuevo método de impresión 3D para definir instrucciones para las células que las guían para formar estructuras más organizadas y precisas. A través de esto, hemos creado un conjunto de hueso y grasa que se asemeja a la estructura de hueso y un conjunto de tejidos que se asemejan a procesos durante el desarrollo temprano de los mamíferos".

La investigación de tejidos complejos y estructuras similares a órganos, conocidos como organoides, ayuda a los investigadores a comprender cómo se desarrollan y funcionan los órganos y cómo las enfermedades que afectan al órgano pueden ser causadas por mutaciones genéticas y errores de desarrollo. Los conocimientos adquiridos en el estudio también permiten el desarrollo de terapias celulares y genéticas para enfermedades. La capacidad de generar los tipos de células deseados proporciona además la capacidad de producir células madre clínicamente relevantes con fines terapéuticos.

La profesora Hala Zreiqat dijo: "Más allá de comprender el intrincado 'manual de instrucciones' de la vida, este método tiene inmensas implicaciones prácticas. Por ejemplo, en la medicina regenerativa, donde existe una necesidad apremiante de trasplantes de órganos, más investigaciones utilizando este enfoque pueden facilitar el crecimiento de tejidos funcionales en el laboratorio. Imagine un futuro en el que la lista de espera para trasplantes de órganos pueda reducirse drásticamente porque podemos generar tejidos en el laboratorio que se parezcan lo suficiente a sus homólogos naturales".

El Dr. Newman dijo: "Además, esta tecnología podría revolucionar la forma en que estudiamos y comprendemos las enfermedades. Al crear modelos precisos de tejidos enfermos, podemos observar la progresión de la enfermedad y las respuestas al tratamiento en un ambiente controlado. Esperamos que algún día esto pueda conducir a métodos más efectivos". tratamientos e incluso curas para enfermedades que actualmente son difíciles de abordar".

El profesor Tam de CMR dijo: "En el pasado, las células madre se cultivaban para generar muchos tipos de células, pero no podíamos controlar cómo se diferenciaban y ensamblaban en 3D".

"Con esta tecnología de bioingeniería, ahora podemos dirigir las células madre para que formen tipos de células específicas y organizarlas adecuadamente en el tiempo y el espacio, recapitulando así el desarrollo real del órgano".

Los investigadores tienen la esperanza de que la investigación tenga el potencial de tratar la pérdida de visión causada por afecciones como la degeneración macular y enfermedades hereditarias que causan la pérdida de células fotorreceptoras de la retina.

El profesor Tam dijo: "Si podemos generar un parche de células mediante bioingeniería y ver cómo funciona todo el sistema, entonces podremos investigar terapias que utilicen células funcionales para reemplazar las células del ojo que se perdieron debido a una enfermedad".

"Tendría un gran impacto si pudiéramos introducir células sanas en el ojo. Independientemente de si la mácula (el área de la retina responsable de la visión central) se ha perdido debido a una enfermedad hereditaria o a un traumatismo, el tratamiento sería el mismo ".

"La idea de tratar enfermedades genéticas raras y mejorar la calidad de vida de esta manera es empoderadora. Esperamos que este trabajo conduzca a terapias avanzadas que puedan llevarse a la práctica".

A continuación, el equipo se centrará en promover la técnica para avanzar en el campo de la medicina regenerativa y en enfoques de tratamiento potencialmente nuevos para muchas enfermedades.

Más información: Peter LH Newman et al, Programación de patrones multicelulares con nichos celulares microestructurados mecanoquímicamente, Ciencia avanzada (2023). DOI: 10.1002/advs.202204741

Información de la revista:Ciencia avanzada

Proporcionado por la Universidad de Sydney