Los investigadores logran un gran avance en la impresión 3D de tejido humano funcional

Jun 18, 2023

Ya están abiertas las nominaciones para los 3D Printing Industry Awards 2023. ¿Quiénes son los líderes en impresión 3D? Descúbrelo el 30 de noviembre cuando se anunciarán los ganadores de veinte categorías durante una ceremonia de premios en vivo en Londres.

Un equipo de científicos de la Universidad de Sydney y el Instituto de Investigación Médica Infantil (CMRI) de Westmead han aprovechado la impresión fotolitográfica 3D para fabricar tejidos humanos funcionales que imitan con precisión la arquitectura de un órgano.

Los investigadores utilizaron técnicas de bioingeniería y cultivo celular para instruir a las células madre derivadas de células sanguíneas y células de la piel para que se especializaran. Estas células especializadas pueden luego formar estructuras similares a órganos.

Este proyecto fue dirigido por el profesor Hala Zreiqat y el Dr. Peter Newman de la Universidad de Ingeniería Biomédica de Sydney, y el profesor Patrick Tam, que dirige la Unidad de Investigación de Embriología del CMRI. El artículo de investigación del equipo, titulado "Programación de patrones multicelulares con nichos celulares microestructurados mecanoquímicamente", se publicó en Advanced Science.

De cara al futuro, el equipo de investigación se centrará ahora en desarrollar su técnica para avanzar en el campo de la medicina regenerativa y buscar nuevos tratamientos para una variedad de enfermedades.

“Nuestro nuevo método sirve como manual de instrucciones para las células, permitiéndoles crear tejidos mejor organizados y más parecidos a sus homólogos naturales. Este es un paso importante para poder imprimir en 3D tejidos y órganos funcionales”, comentó la profesora Hala Zreiqat.

Un “manual de instrucciones para células”

Las células requieren instrucciones detalladas en forma de proteínas estratégicamente ubicadas y desencadenantes mecánicos para construir tejidos. Según el Dr. Newman, sin estas instrucciones específicas, es probable que las células se agrupen de forma impredecible e imprecisa.

A través de esta investigación, los científicos aprovecharon una novedosa técnica de impresión fotolitográfica 3D para generar señales microscópicas mecánicas y químicas que guían a las células hacia estructuras similares a órganos precisas y organizadas.

Esta técnica se empleó para crear con éxito un conjunto de hueso y grasa que se asemeja a la estructura ósea. También se fabricó utilizando este método un conjunto de tejidos que se asemejan a procesos durante el desarrollo temprano de los mamíferos.

"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", comentó el profesor Tam. "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 del órgano en la vida real".

Posibles aplicaciones médicas

Se espera que esta investigación ayude a mejorar la comprensión de cómo se desarrollan y funcionan los órganos, y cómo las mutaciones genéticas y los errores del desarrollo influyen en las enfermedades de los órganos.

Además, se dice que este estudio ofrece potencial para el desarrollo de terapias celulares y genéticas. De hecho, la capacidad de producir los tipos de células deseados podría facilitar la producción de células madre clínicamente relevantes para usos terapéuticos.

“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”, explicó la profesora Hala Zreiqat.

El Dr. Peter Newman añadió que “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 entorno controlado”.

Los investigadores tienen especialmente la esperanza de que sus hallazgos puedan ayudar a tratar la pérdida de visión causada por la degeneración macular y las enfermedades hereditarias, que resultan en la pérdida de células fotorreceptoras de la retina.

"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", afirmó el profesor Tam.

“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 había perdido por una enfermedad hereditaria o por un traumatismo, el tratamiento sería el mismo”.

Órganos de impresión 3D

A pesar de los prometedores hallazgos de este estudio, la bioimpresión 3D de órganos viables y trasplantables aún está lejos de convertirse en realidad. Sin embargo, varias empresas están avanzando hacia este objetivo a largo plazo.

El año pasado se anunció que investigadores del Instituto de Tecnología Stevens de Nueva Jersey habían empleado técnicas de modelado computacional para avanzar en la bioimpresión 3D basada en microfluidos, con la esperanza de que esto pudiera permitir la impresión 3D de órganos humanos completos.

“La escala es muy importante, porque afecta la biología del órgano. Estamos operando a la escala de las células humanas y eso nos permite imprimir estructuras que imitan las características biológicas que intentamos replicar”, explicó Robert Chang, profesor asociado de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Schaefer de Stevens.

Por otra parte, un equipo de investigación de la Universidad de Utrecht ya ha logrado fabricar hígados funcionales mediante bioimpresión volumétrica 3D ultrarrápida.

El equipo fabricó con éxito unidades hepáticas funcionales de más de 1 cm³ en menos de 20 segundos mediante la impresión 3D de organoides, unidades miniaturizadas de alrededor de 1 mm fabricadas a partir de células madre que copian aspectos de su tejido de referencia. Estas unidades hepáticas pudieron realizar con éxito procesos clave de eliminación de toxinas, imitando los realizados por el hígado humano natural.

Suscríbase al boletín informativo de la industria de la impresión 3D para mantenerse actualizado con las últimas novedades sobre impresión 3D. También puede seguirnos en Twitter, darle Me gusta a nuestra página de Facebook y suscribirse al canal de Youtube de 3D Printing Industry para acceder a más contenido exclusivo.

¿Estás interesado en trabajar en la industria de fabricación aditiva? Visite Trabajos de impresión 3D para ver una selección de puestos disponibles e iniciar su carrera. La imagen destacada muestra andamios de tejido blando bioimpresos en 3D. Foto vía 3D Systems.

Alex es periodista tecnológico en 3D Printing Industry y disfruta investigando y escribiendo artículos que cubren una amplia variedad de temas. Con una licenciatura en historia militar y una maestría en Historia de la Guerra, tiene un gran interés en las aplicaciones de fabricación aditiva dentro de las industrias aeroespacial y de defensa.