Tecnología

Equipo de investigación estadounidense da un nuevo giro a una vieja técnica para producir órganos impresos en 3D

Con una escasez de órganos para satisfacer la demanda de trasplantes, los científicos ahora esperan la posibilidad de la tecnología de impresión 3D.

Solo en los Estados Unidos, se estima que alrededor de 112,000 personas están esperando actualmente un trasplante urgente y, por lo tanto, hay mucha demanda por la posibilidad de órganos impresos en 3D.

Sin embargo, la idea ha estado plagada de problemas técnicos que, hasta ahora, han limitado el tipo de órgano que se puede imprimir.

Pero los investigadores del Stevens Institute of Technology, una universidad privada de investigación en Nueva Jersey, ahora están empujando estas barreras al renovar una técnica de hace décadas para reproducir cualquier tipo de tejido.

El trabajo, dirigido por Robert Chang, profesor asociado del departamento de ingeniería mecánica de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Stevens Schaefer, podría abrir caminos para imprimir cualquier tipo de órgano en cualquier momento, incluso la piel directamente sobre una herida abierta.

Chang, cuyo trabajo aparece en la edición de abril de Scientific Reports, dijo: «Será una gran ventaja para el cuidado de la salud crear nuevos órganos para ordenar y salvar vidas sin la necesidad de un donante humano. Sin embargo, es difícil lograr ese objetivo». debido a los órganos de impresión que lo usan. Requiere un control preciso sobre la geometría y el tamaño de las microfibras impresas que las impresoras 3D actuales no pueden lograr con ‘biotintas’, hidrogeles cargados con células cultivadas».

Chang y su equipo, incluido Ahmadreza Zaei, primer autor y candidato a doctorado en el laboratorio de Chang, esperan cambiar eso mediante el avance rápido de un nuevo proceso de impresión 3D que utiliza microfluidos (la manipulación precisa de líquidos a través de pequeños canales) para trabajar en un espacio mucho más pequeño. camino. escala de lo posible.

Zaeri dijo: «La publicación reciente tiene como objetivo mejorar la controlabilidad y la previsibilidad de la estructura de los microtejidos y las microfibras habilitadas por la tecnología de bioimpresión de microfluidos».

La mayoría de las impresoras bio-3D actuales se basan en la extrusión y escupen biotinta desde una boquilla para crear estructuras de aproximadamente 200 micrones, aproximadamente una décima parte del ancho de una hebra de espagueti. Una impresora basada en microfluidos podría imprimir objetos biológicos a decenas de micrómetros a la par de la escala celular individual.

Chang dijo: “La escala es muy importante porque afecta la biología del órgano.

«Estamos operando a la escala de las células humanas, y eso nos permite imprimir estructuras que imitan las características biológicas que estamos tratando de replicar».

Además de operar en una escala más pequeña, la microfluídica permite que múltiples biotintas, cada una con diferentes células y precursores de tejido, se usen de manera intercambiable dentro de una sola estructura impresa, de la misma manera que las impresoras de tinta de color convencionales se combinan en una imagen vívida. .

Eso es importante porque, si bien los investigadores ya han creado órganos simples como vejigas alentando el crecimiento de los tejidos en un andamio impreso en 3D, órganos más complejos como hígados y riñones requieren que se planten muchos tipos de células diferentes exactamente juntos.

Chang dijo: «Si podemos trabajar en esta escala y mezclar bio-fort con precisión, podemos reproducir cualquier tipo de tejido».

Escalar la bioimpresión 3D requiere una investigación intensiva para determinar exactamente cómo los diversos parámetros del proceso, como las estructuras de los canales, la velocidad del flujo y la dinámica de fluidos, afectan las geometrías y las propiedades del material de las estructuras biológicas impresas.

Para agilizar ese proceso, el equipo de Chang creó un modelo computacional de un cabezal de impresión microfluídico, lo que les permitió predecir configuraciones y resultados sin la necesidad de experimentación laboral en el mundo real.

Zaeri agregó: «Nuestro modelo computacional avanza en una extracción de fórmulas que se puede usar para predecir los diversos parámetros geométricos de las estructuras fabricadas extruidas de los canales de microfluidos».

Los modelos computacionales del equipo predijeron con precisión los resultados de los experimentos de microfluidos del mundo real, y Chang está usando su modelo para guiar experimentos sobre cómo imprimir estructuras biológicas con diferentes geometrías.

Los resultados de este trabajo de investigación se pueden usar para imprimir múltiples biotintas de tipos de células combinadas que pueden replicar el tejido con gradientes que tienen propiedades geométricas y de composición que se encuentran en la intersección del hueso y el músculo.

Chang también está explorando el uso de la impresión 3D con capacidades microfluídicas para crear piel y otros tejidos in situ, lo que permite a los pacientes imprimir tejidos de reemplazo directamente en las heridas.

Él dijo: «Esta tecnología es todavía tan nueva que no sabemos exactamente lo que permitirá. Pero sí sabemos que abrirá la puerta a la creación de nuevas estructuras y nuevos tipos importantes de biología».

Editorial TNH

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