Micromecanismos: una nueva estrategia en ingeniería de tejidos
Las células vivas se unen al proceso de impresión 3D de alta resolución
Hasta ahora, había dos enfoques completamente diferentes para producir tejido artificial. En la Universidad Técnica de Viena se ha desarrollado un tercer enfoque que combina las ventajas de ambos.
El micro andamio bajo el microscopio
Technische Universität Wien
Se trata de un viejo sueño de la medicina: si se pudieran producir artificialmente tipos arbitrarios de tejidos a partir de células madre, se podrían curar lesiones con las propias células del cuerpo y un día incluso sería posible producir órganos artificiales. Sin embargo, es difícil conseguir que las células tengan la forma deseada. Los métodos existentes hasta ahora pueden dividirse en dos categorías fundamentalmente diferentes: O bien se crean primero pequeños bloques de construcción de tejidos, como aglomerados celulares redondos o láminas celulares planas, y luego se ensamblan, o bien se crea inicialmente un andamio fino y poroso que luego se cultiva con células. Ambos enfoques tienen ventajas y desventajas.
En la Universidad Técnica de Viena se ha desarrollado un tercer enfoque: Mediante una técnica especial de impresión en 3D basada en el láser, se pueden producir micro andamios con un diámetro inferior a un tercio de milímetro, que pueden albergar miles de células. De este modo, se consigue una alta densidad celular desde el principio, pero se mantiene la flexibilidad para adaptar la forma y las propiedades mecánicas de la estructura.
¿Con andamio o sin él?
"Los enfoques basados en andamios que se han desarrollado hasta ahora tienen grandes ventajas: Si primero se fabrica un andamio poroso, se pueden definir con precisión sus propiedades mecánicas", afirma el Dr. Olivier Guillaume, autor principal del estudio actual, que investiga en la Universidad Técnica de Viena en el equipo del profesor Aleksandr Ovsianikov, del Instituto de Ciencia y Tecnología de los Materiales. "El andamio puede ser blando o duro, según las necesidades, y está formado por materiales biocompatibles que se degradan en el cuerpo. Incluso pueden estar equipados con biomoléculas especiales que promueven la formación de tejido".
El inconveniente, sin embargo, es que resulta difícil poblar rápida y completamente un andamio de este tipo con células. Hoy en día sigue siendo necesario un gran trabajo manual, aunque ya se están investigando procesos automatizados. Especialmente en el caso de los andamios de gran tamaño, las células tardan mucho tiempo en migrar al interior de la estructura; a menudo la densidad celular sigue siendo muy baja y poco homogénea.
La situación es completamente diferente si no se utiliza un andamio de este tipo. También es posible simplemente cultivar pequeños aglomerados de células, que luego se unen con la forma deseada para que finalmente se fusionen. Con esta técnica, el número de células es grande desde el principio, pero apenas hay posibilidades de intervenir en el proceso. Por ejemplo, puede ocurrir que las esferas celulares cambien de tamaño o de forma y el tejido acabe teniendo propiedades diferentes a las deseadas.
Las células vivas se encuentran con el proceso de impresión 3D de alta resolución
"Ahora hemos conseguido combinar las ventajas de ambos enfoques, utilizando un método de impresión 3D de altísima resolución que llevamos años investigando aquí en la Universidad Técnica de Viena", afirma el profesor Aleksandr Ovsianikov.
Esta técnica, la polimerización de dos fotones, utiliza un material sensible a la luz que se cura con un rayo láser exactamente en las posiciones deseadas. De este modo, se pueden producir estructuras con una precisión inferior a un micrómetro.
Este método láser se utiliza ahora para crear andamios filigranados y muy porosos con un diámetro de poco menos de un tercio de milímetro. El diseño de estos micro andamios permite la rápida generación de aglomerados celulares en su interior. Al mismo tiempo, las células están protegidas de los daños mecánicos externos, de forma similar a como se protege a un piloto de rally con la jaula antivuelco de un coche de carreras.
"Estos andamios llenos de células son relativamente fáciles de manejar y pueden unirse", explica Aleksandr Ovsianikov. "Cuando muchos de ellos se ponen en contacto directo, es posible crear grandes construcciones de tejido con una alta densidad celular inicial en poco tiempo. Además, podemos controlar bien las propiedades mecánicas de la estructura".
Cartílago y hueso como primeros tejidos objetivo
El concepto subyacente de esta novedosa estrategia de ingeniería de tejidos ya fue presentado en detalle por el grupo de investigación en 2018. Ahora, por primera vez, se ha podido demostrar que este método realmente funciona: "Pudimos demostrar que el método realmente proporciona los beneficios que esperábamos", dice Aleksandr Ovsianikov. "Para nuestros experimentos utilizamos células madre, que pueden inducirse para producir cartílago o tejido óseo. Pudimos demostrar que las células de las unidades de andamiaje vecinas se fusionan y forman un único tejido. Al hacerlo, la estructura conserva su forma. En el futuro, estas unidades de andamiaje podrían incluso hacerse inyectables para su uso en cirugía mínimamente invasiva".
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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