Impresión en 3D de células vivas para bioaplicaciones con una precisión sin precedentes
Los modelos celulares que imitan la topografía del tejido natural anuncian una nueva era para la investigación biomédica
La combinación de una impresora 3D de 2 fotones con una biotinta basada en un hidrogel permite la impresión directa de estructuras 3D que contienen células vivas tanto a meso como a microescala. Desarrollada por UpNano GmbH, la NanoOne Bio es una impresora basada en la exitosa gama NanoOne de impresoras 3D de 2 fotones alimentadas por láser, capaces de construir estructuras en 12 órdenes de magnitud. El nuevo hidrogel se ha desarrollado con Xpect INX, una empresa derivada de la fundación especializada en el desarrollo de materiales biocompatibles para la industria de la (bio)impresión 3D. Es la única resina disponible en el mercado que permite incrustar células vivas directamente desde una placa de cultivo dentro de estructuras impresas en 3D de gran precisión para aplicaciones biológicas.
© Xpect INX
Los cultivos celulares bidimensionales han sido el estándar en la I+D preclínica farmacéutica y en la investigación biomédica en general, durante muchas décadas. Sin embargo, cada vez hay más pruebas que demuestran que estos modelos representan mal la interacción celular a nivel 3D en los sistemas vivos. Por lo tanto, el desarrollo de fármacos basado en sistemas 2D es a menudo erróneo, lo que se traduce en miles de millones de dólares de costes de I+D infructuosos. Hasta ahora, la construcción de estructuras 3D complejas y muy precisas con células vivas incrustadas se ha visto obstaculizada por la falta de materiales y sistemas de impresión adecuados. Gracias al desarrollo conjunto de una novedosa biotinta a base de hidrogel por parte de Xpect INX y UpNano, en combinación con el nuevo modelo de impresión de UpNano, este empeño se ha hecho realidad.
Máquinas y materiales
"Las competencias combinadas de UpNano en el desarrollo de dispositivos de impresión en 3D y de Xpect INX en el diseño de materiales innovadores para la impresión en 3D han encajado bien", comenta Peter Gruber, jefe de tecnología y cofundador de UpNano. "Hemos desarrollado conjuntamente X Hydrobio INX© U200, un hidrogel altamente biocompatible, y al mismo tiempo ofrecemos un dispositivo de impresión 3D de 2 fotones que proporciona la mayor gama de dimensiones impresas del mercado". X Hydrobio INX© U200 es un hidrogel soluble en agua que permite la transferencia de cultivos celulares desde placas de cultivo 2D a estructuras 3D complejas. "El X Hydrobio INX© U200, a base de gelatina, se ha desarrollado específicamente para la encapsulación de múltiples tipos de células, permitiendo así la generación de complejos microtejidos 3D", afirma Jasper Van Hoorick, jefe de proyecto de Xpect INX. "El hidrogel imita el entorno celular natural y es biodegradable, lo que permite a las células sustituir gradualmente el material por tejido recién formado". El gel resuelve los problemas encontrados con los medios de crecimiento estándar en los que se han incubado los cultivos celulares de forma 2D. A continuación, el hidrogel que contiene células vivas puede introducirse directamente en la NanoOne Bio, una impresora 3D de 2 fotones de gran precisión desarrollada por UpNano. Una amplia investigación demostró que el láser de luz roja de 780 nm de la NanoOne Bio no es perjudicial para las células vivas, incluso a la potencia excepcionalmente alta que utilizan las impresoras NanoOne. De hecho, la alta potencia del láser, que es exclusiva de los sistemas de impresión 3D de 2 fotones de UpNano, permite el uso de ópticas que posibilitan la producción rápida de estructuras de centímetros de tamaño con una precisión excepcionalmente alta, hasta la nanoescala.
Industria y academia
La combinación de X Hydrobio INX© U200 y el NanoOne Bio abre posibilidades completamente nuevas en la I+D biomédica, tanto en la industria como en el mundo académico. Reconociendo el enorme potencial, el profesor James J. Yoo, del Wake Forest Institute for Regenerative Medicine (EE.UU.), decidió asesorar a UpNano sobre futuros desarrollos. El experto en ingeniería de tejidos y biofabricación se incorpora al Consejo Asesor de la empresa a partir de abril de 2021 y guiará el desarrollo continuo de nuevas aplicaciones para la I+D biomédica. La producción de labs-on-chip será ahora posible no sólo con una precisión sin precedentes, sino también directamente con células vivas incrustadas, ahorrando así tiempo y mejorando la importancia de los resultados. Ahora se pueden crear estructuras superficiales que se asemejan a los tejidos naturales (estructuras biomiméticas), lo que permite una interacción casi natural entre las células vivas y su entorno de crecimiento. "Las células que crecen en 2D en una placa de cultivo con medios de crecimiento estándar se encuentran con un entorno físico que dista mucho de ser natural y con una falta de interacción con las células circundantes en todas las direcciones, como se observa en los tejidos vivos", explica Denise Mandt, responsable de marketing y desarrollo empresarial y cofundadora de UpNano. En el ámbito de la I+D biomédica se ha reconocido que esta falta de contacto célula a célula en 3D afecta negativamente a la interpretación de los resultados obtenidos en modelos celulares para aplicaciones humanas.
El NanoOne Bio, en combinación con el nuevo kit X Hydrobio INX© U200, cambiará significativamente este enfoque. Las empresas farmacéuticas y las instituciones de investigación estarán en condiciones de diseñar modelos celulares que imiten las condiciones naturales de crecimiento en el cuerpo humano. De hecho, el NanoOne Bio permite la producción de estructuras superficiales con la máxima precisión y/o el diseño de complejos andamios 3D con células incrustadas en el rango de los centímetros. Gracias a vías ópticas específicas, algoritmos de escaneo optimizados y una tecnología de resolución adaptativa propia, los sistemas NanoOne también ofrecen tiempos de producción significativamente más rápidos que otros sistemas, ventajas que han sido reconocidas por clientes de la industria y el mundo académico. La ampliación de la gama para los clientes de la investigación biomédica ya ha suscitado un gran interés.
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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