Investigadores revelan una nueva técnica que pronto permitirá imprimir un corazón humano en 3D

Un equipo de investigadores de la Universidad Carnegie Mellon ha publicado un artículo en el portal de Science que detalla una nueva técnica que permite a cualquier persona imprimir en 3D andamios de tejido de colágeno, la principal proteína estructural del cuerpo humano. Este método único en su tipo lleva el campo de la ingeniería de tejidos un paso más cerca de poder imprimir en 3D un corazón humano adulto de tamaño completo.

La técnica, conocida como Incrustación reversible de forma libre de hidrogeles suspendidos (FRESH), ha permitido a los investigadores superar muchos desafíos asociados con los métodos existentes de bioimpresión 3D y lograr una resolución y fidelidad sin precedentes utilizando materiales blandos y vivos.

Cada uno de los órganos del cuerpo humano, como el corazón, está construido a partir de células especializadas que se mantienen unidas por un andamio biológico llamado matriz extracelular (ECM). Esta red de proteínas ECM proporciona la estructura y las señales bioquímicas que las células necesitan para llevar a cabo su función normal. Sin embargo, hasta ahora no ha sido posible reconstruir esta compleja arquitectura ECM utilizando métodos tradicionales de biofabricación.

"Lo que hemos demostrado es que podemos imprimir fragmentos del corazón de las células y el colágeno en partes que realmente funcionen, como una válvula cardíaca o un pequeño ventrículo que late. Mediante el uso de datos de resonancia magnética de un corazón humano, pudimos reproducir con precisión la estructura anatómica específica del paciente y el colágeno bioimpreso en 3D y las células del corazón humano", dice Adam Feinberg, profesor de ingeniería biomédica (BME) y ciencia e ingeniería de materiales en Carnegie Mellon, cuyo laboratorio realizó este trabajo.

Más de 4000 pacientes en los Estados Unidos están esperando un trasplante de corazón, mientras que millones de otros en todo el mundo necesitan corazones pero no son elegibles para la lista de espera. La necesidad de órganos de reemplazo es inmensa, y se necesitan nuevos enfoques para diseñar órganos artificiales que sean capaces de reparar, suplementar o reemplazar la función del órgano a largo plazo. Feinberg, quien es miembro de la Iniciativa de órganos de bioingeniería de Carnegie Mellon, está trabajando para resolver estos desafíos con una nueva generación de órganos de bioingeniería que replican más estrechamente las estructuras de los órganos naturales.

"El colágeno es un biomaterial extremadamente deseable para la impresión 3D porque constituye literalmente todos los tejidos de su cuerpo", explica Andrew Hudson, estudiante en el laboratorio de Feinberg y co-primer autor del artículo. "Sin embargo, lo que hace que sea tan difícil imprimir en 3D es que comienza como un fluido, por lo que si intenta imprimir esto en el aire, se forma un charco en su plataforma de construcción. Así que hemos desarrollado una técnica que evita de deformarse ".

El método de bioimpresión 3D FRESH desarrollado en el laboratorio de Feinberg permite que el colágeno se deposite capa por capa dentro de un baño de gel de soporte, dando al colágeno la oportunidad de solidificarse en su lugar antes de que se retire del baño de soporte. Con FRESH, el gel de soporte se puede derretir fácilmente al calentar el gel desde la temperatura ambiente hasta la temperatura corporal una vez completada la impresión. De esta manera, los investigadores pueden eliminar el gel de soporte sin dañar la estructura impresa hecha de colágeno o células.

Este método es realmente emocionante para el campo de la bioimpresión 3D porque permite imprimir andamios de colágeno a gran escala de órganos humanos y no se limita al colágeno, ya que una amplia gama de otros geles blandos que incluyen fibrina, alginato y ácido hialurónico pueden bioimprimirse en 3D utilizando la técnica FRESH, proporcionando una plataforma de ingeniería de tejidos robusta y adaptable. 

Es importante destacar que los investigadores también desarrollaron diseños de código abierto para que casi cualquier persona, desde laboratorios médicos hasta clases de ciencias de la escuela secundaria, pueda construir y tener acceso a bioimpresoras 3D de bajo costo y alto rendimiento.

Mirando hacia el futuro, FRESH tiene aplicaciones en muchos aspectos de la medicina regenerativa, desde la reparación de heridas hasta la bioingeniería de órganos, pero es solo una pieza de un campo de biofabricación en crecimiento. "Realmente estamos hablando de la convergencia de tecnologías", dice Feinberg. "No solo lo que hace mi laboratorio en bioimpresión, sino también de otros laboratorios y pequeñas empresas en las áreas de ciencia de células madre, aprendizaje automático y simulación por computadora, así como también nuevo hardware y software de bioimpresión 3D".

"Es importante comprender que aún quedan muchos años de investigación por hacer", agrega Feinberg, "pero aún debe haber entusiasmo por el hecho de que estamos progresando realmente hacia la ingeniería de tejidos y órganos humanos funcionales, y este documento es un paso a lo largo de ese camino".  @mundiario