Category: Ciencia y Tecnología

"Hemos demostrado que se pueden imprimir partes del corazón usando células y colágeno...” - Adam Feinberg, profesor de ingeniería biomédica.

3D Heart

PITTSBURGH, Penn - Un equipo de investigadores de la Universidad Carnegie Mellon ha publicado un artículo en Science que detalla una técnica nueva que permite a todo el mundo bioimprimir tejido de andamiaje en 3D con colágeno, la principal proteína estructural del cuerpo humano. Este método, el primero en su género, acerca el campo de la ingeniería de tejidos a poder imprimir un corazón humano, adulto y completo en 3D.

La técnica, que se llama Freeform Reversible Embedding of Suspended Hydrogels (Injertos reversibles libres en hidrogeles en suspenso, FRESH), ha permitido afrontar muchos desafíos asociados con métodos de bioimpresión 3D existentes y ha obtenido una resolución y fidelidad sin precedentes con el uso de materiales blandos y vivos.

Los órganos del cuerpo humano, como el corazón, están compuestos de células especializadas unidas por un andamiaje biológico de nombre matriz extracelular (MEC). Esta red de proteínas MEC brinda estructura y señales biomecánicas que las células necesitan para realizar sus funciones. Sin embargo, hasta la actualidad no se ha podido reconstruir esta compleja arquitectura MEC usando métodos tradicionales de biofabricación.

"Hemos demostrado que se pueden imprimir partes del corazón usando células y colágeno, y formar partes que funcionan, como por ejemplo válvulas del corazón o ventrículo pequeño", comentó Adam Feinberg, profesor de ingeniería biomédica (BME por sus siglas en inglés), y ciencias de materiales e ingeniería en Carnegie Mellon, cuyo laboratorio realizó este proyecto. "Con el uso de datos de IRM del corazón humano, hemos podido reproducir con precisión estructuras anatómicas específicas del paciente y bioimprimir en 3D colágeno y células del corazón humano".

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Más de 4,000 pacientes en Estados Unidos están en la lista de espera para trasplante de corazón, mientras que millones de personas en todo el mundo necesitan corazones, pero no son aptos para entrar en la lista. La necesidad de órganos de reemplazo es inmensa y es necesario tener nuevos enfoques para diseñar órganos artificiales que sean capaces de reparar, complementar o reemplazar la función del órgano a largo plazo. Feinberg, que es miembro de la Iniciativa de órganos de bioingeniería de Carnegie Mellon, trabaja para resolver estos desafíos con una generación de órganos de bioingeniería que replican con mayor precisión estructuras naturales del órgano.

El método de bioimpresión 3D FRESH que ha desarrollado el laboratorio de Feinberg permite el depósito del colágeno capa por capa en un baño de gel de soporte, lo que permite que el colágeno se solidifique antes de sacarlo del baño de soporte. Con FRESH, el gel de soporte se puede derretir fácilmente calentándolo de temperatura ambiente a temperatura corporal cuando se termina la impresión. De esta manera, los investigadores pueden quitar el gel de soporte sin dañar la estructura impresa hecha de colágeno o células.

Cabe señalar que los investigadores también han desarrollado diseños de código abierto para que todo el mundo, desde laboratorios médicos a clases de ciencia en institutos, pueda construir y tener acceso a bioimpresoras 3D de bajo coste y alto rendimiento.

De cara al futuro, FRESH tiene aplicaciones en muchos aspectos de la medicina regenerativa, desde reparación de heridas a bioingeniería de órganos, pero solo es un aspecto del creciente campo de la biofabricación. "Es importante entender que todavía queda mucho por investigar", añadió Feinberg, "pero deberíamos alegrarnos de avanzar hacia el diseño de tejidos y órganos humanos funcionales. Este artículo es un paso en ese camino".

Otros colaboradores del artículo incluyen al primer autor conjunto Andrew Lee, estudiante de doctorado de BME en el laboratorio de Feinberg; investigador postdoctoral de BME Dan Shiwarski; los estudiantes de doctorado de BME Joshua Tashman, TJ Hinton, Sai Yerneni y Jacqueline Bliley; y el profesor de investigación de BME Phil Campbell.