Bioimpresión: Células vivas en una impresora 3D
Con un nuevo proceso desarrollado en TU Wien (Viena), las células vivas pueden integrarse en estructuras finas creadas en una impresora 3D - extremadamente rápida y con una resolución muy alta.
Crecimiento celular en una microestructura: Células esparcidas en un andamio 3D - de izquierda a derecha: semana 1, semana 3, semana 5. Arriba: Configuración 3D, abajo: una sola capa.
© TU Wien
El crecimiento de los tejidos y el comportamiento de las células pueden ser controlados e investigados particularmente bien al incrustar las células en un delicado marco tridimensional. 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 un período de tiempo muy corto en el que las células pueden procesarse sin dañarse. Además, los materiales utilizados deben ser compatibles con las células durante y después del proceso de biopriting tridimensional. Esto restringe la variedad de materiales posibles.
En la Universidad Técnica de Viena (Viena) 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 pueden ser incrustadas en una matriz 3D impresa con precisión micrométrica - a una velocidad de impresión de un metro por segundo, órdenes de magnitud más rápido de lo que antes era posible.
El medio ambiente es importante
"El comportamiento de una célula depende crucialmente de las propiedades mecánicas, químicas y geométricas de su entorno", dice el Prof. Aleksandr Ovsianikov, jefe del grupo de investigación de Impresión y Biofabricación 3D del Instituto de Ciencia y Tecnología de Materiales (TU Wien). "Las estructuras en las que están incrustadas las células deben ser permeables a los nutrientes para que las células puedan sobrevivir y multiplicarse. Pero también es importante si las estructuras son rígidas o flexibles, si son estables o se degradan con el tiempo".
Es posible producir primero estructuras adecuadas y luego colonizarlas con células vivas - pero este enfoque puede dificultar la colocación de las células en el interior del andamiaje, y es casi imposible lograr una distribución celular homogénea de esta manera. La mejor opción es integrar las células vivas directamente en la estructura 3D durante la producción de la estructura - esta técnica se conoce como "bioimpresión".
Imprimir objetos 3D microscópicamente finos 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 ha habido una falta de sustancias químicas adecuadas", dice Aleksandr Ovsianikov. "Se necesitan líquidos o geles que se solidifiquen exactamente donde se iluminan con un rayo láser enfocado. Sin embargo, estos materiales no deben ser dañinos para las células, y todo el proceso tiene que ser extremadamente rápido".
Dos fotones a la vez
Para lograr una resolución extremadamente alta, en TU Wien se han utilizado métodos de polimerización de dos fotones durante años. Este método utiliza 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 especialmente alta. En estos puntos la sustancia se endurece, mientras que permanece líquida en todas partes. Por lo tanto, este método de dos fotones 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 TU Wien, sin embargo, los materiales compatibles con las células pueden procesarse a una velocidad de más de un metro por segundo - un paso adelante decisivo. Sólo si todo el proceso puede completarse en unas pocas horas existe una buena posibilidad de que las células sobrevivan y se desarrollen aún más.
Numerosas opciones nuevas
"Nuestro método ofrece muchas posibilidades para adaptar el entorno de las células", dice Aleksandr Ovsianikov. Dependiendo de cómo se construya la estructura, puede hacerse más rígida o más blanda. También son posibles los gradientes finos y continuos. 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 la facilidad con la que la estructura se degradará con 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 hasta ahora inalcanzable. Es posible estudiar la propagación de enfermedades, y si se utilizan células madre, incluso es posible producir tejidos a medida de esta manera".
El proyecto de investigación es una cooperación internacional e interdisciplinaria en la que participaron tres institutos diferentes de la Universidad Politécnica de Viena: El grupo de investigación de Ovsianikov fue responsable de la tecnología de impresión en sí, el Instituto de Química Sintética Aplicada desarrolló fotoiniciadores rápidos y amigables con las células (las sustancias que inician el proceso de endurecimiento cuando se iluminan) y el Instituto de Estructuras Livianas y Biomecánica Estructural analizó las propiedades mecánicas de las estructuras impresas.
La tecnología de impresión 3D de alta resolución y los materiales están siendo comercializados por la joven pero exitosa spin-off de TU Wien, UPNano GmbH.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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