Imprimen en 3-D tejido del corazón con materiales blandos

El tejido del corazón, a diferencia de otras partes del cuerpo, no es capaz de curarse a sí mismo una vez dañado. Afortunadamente, un trabajo reciente de un grupo de la Universidad Carnegie Mellon (Pittsburgh, EE.UU.) podría llevar algún día a un mundo en el que los trasplantes ya no sean necesarios para reparar órganos dañados.

"Hemos sido capaces de tomar imágenes de resonancia magnética de arterias coronarias e imágenes 3-D de corazones embrionarios, y bioimprimirlos en 3-D con una resolución y calidad sin precedentes, en materiales muy blandos como colágenos, alginatos y fibrinas", dice Adam Feinberg, profesor asociado de Ciencia e Ingeniería de los Materiales e Ingeniería Biomédica, en la nota de prensa de la universidad, recogida por EurekAlert! El estudio se ha publicado en Science Advances.

Según Jim Garrett, decano de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Carnegie Mellon, "deberíamos esperar ver cómo la bioimpersión en 3-D sigue creciendo como una herramienta importante para un gran número de aplicaciones médicas."

Las impresoras tradicionales en 3-D construyen objetos duros hechos normalmente de plástico o de metal, y funcionan depositando material sobre una superficie, capa por capa, para crear el objeto 3-D. La impresión de cada capa requiere un soporte resistente de las capas inferiores, por lo que la impresión con materiales blandos como geles ha sido reducida hasta ahora.

"La impresión 3-D de diversos materiales ha sido una tendencia común en la ingeniería de tejidos en la última década, pero hasta ahora, nadie había desarrollado un método para el ensamblaje de geles comunes en la ingeniería de tejidos, como el colágeno o la fibrina", dice TJ Hinton, estudiante de posgrado en ingeniería biomédica en la Universidad Carnegie Mellon y autor principal del estudio.

"El reto con los materiales blandos -piénsese en la gelatina alimenticia- es que colapsan bajo su propio peso cuando se imprimen en 3-D en el aire", explica Feinberg. "Así que hemos desarrollado un método de impresión de estos materiales blandos dentro de un material de apoyo. En esencia, es la impresión de un gel en el interior de otro gel, lo que nos permite posicionar con precisión el material blando, a medida que lo vamos imprimiendo, capa por capa."

Se derrite

Uno de los principales avances de esta técnica, denominada Fresh (Fresco), es que el gel de soporte puede derretirse fácilmente y eliminarse por calentamiento a la temperatura del cuerpo humano (37ºC), por lo que no daña a las delicadas moléculas biológicas o células vivas bioimpresas.

Como paso siguiente, el grupo está trabajando en la incorporación de células del corazón reales en estas estructuras de tejidos impresos en 3-D, de modo que hagan de andamio para formar músculo contráctil.

La bioimpresión es un campo cada vez mayor, pero hasta la fecha, la mayoría de bioimpresoras 3-D han costado más de 100.000 dólares y/o requieren conocimientos especializados para manejarse, lo que limita una adopción más amplia de las mismas. El grupo de Feinberg, sin embargo, ha sido capaz de poner en práctica su técnica en una gama de impresoras 3-D de nivel consumidor, que cuestan menos 1.000 dólares, mediante la utilización de hardware y software de código abierto.

"No sólo es que su coste sea bajo, sino que mediante el uso de software de código abierto, tenemos acceso a afinar los parámetros de impresión, optimizar lo que estamos haciendo y maximizar la calidad de lo que estamos imprimiendo", dice Feinberg. "Realmente nos ha permitido acelerar el desarrollo de nuevos materiales e innovar en este espacio", señala. El equipo, en correspondencia, ha publicado sus diseños también en código abierto.

Referencia bibliográfica:

T. J. Hinton, Q. Jallerat, R. N. Palchesko, J. H. Park, M. S. Grodzicki, H.-J. Shue, M. H. Ramadan, A. R. Hudson, A. W. Feinberg. Three-dimensional printing of complex biological structures by freeform reversible embedding of suspended hydrogels. Science Advances (2015). DOI: 10.1126/sciadv.1500758.