Bioimpresión en 3D reconstruye el corazón humano

Un estudio nuevo describe una técnica de ingeniería de tejidos con andamios de colágeno que nos acerca un paso más a la capacidad de imprimir tridimensionalmente (3D) un corazón humano adulto de tamaño completo.

Desarrollada por investigadores de la Universidad Carnegie Mellon (CMU; Pittsburgh, PA, EUA), la técnica, llamada incrustación reversible de forma libre de hidrogeles suspendidos (FRESH, por sus siglas en inglés), permite que el colágeno se deposite capa por capa dentro de un baño de soporte de hidrogel, lo que le da la oportunidad de solidificarse in situ antes de retirarlo. El control de la gelificación impulsada por el pH proporciona una microestructura porosa de resolución de filamento de 20 micras que permite una rápida infiltración celular y microvascularización, facilitando la fabricación y perfusión de vasculatura multiescala y válvulas de tres hojuelas.

El gel de soporte FRESH se derrite fácilmente calentándolo desde la temperatura ambiente hasta la temperatura corporal después de que se completa la impresión, sin dañar la estructura de colágeno impresa en 3D o las células. El andamio de colágeno, bioimpreso en 3D, se puede utilizar para diseñar componentes del corazón humano a varias escalas, desde capilares hasta un órgano completo, con alta fidelidad y función. Para el estudio, los ventrículos cardíacos impresos con cardiomiocitos humanos demostraron contracciones sincronizadas, propagación potencial de acción direccional y engrosamiento de la pared hasta en un 14% durante la sístole máxima. El estudio fue publicado el 2 de agosto de 2019 en la revista Science.

“El colágeno es un biomaterial extremadamente deseable para la impresión en 3D porque constituye literalmente cada tejido del cuerpo. Sin embargo, lo que hace que sea tan difícil imprimir en 3D es que comienza como un fluido; así que si intentas imprimir esto en el aire, solo se forma un charco en tu plataforma de construcción”, dijo el coautor principal, el estudiante de doctorado, Andrew Hudson, MSc. “Hemos desarrollado una técnica que evita que se deforme. De lo que hablamos es de la convergencia de tecnologías en las áreas de ciencia de células madre, aprendizaje automático y simulación por computadora, así como también nuevo hardware y software de bioimpresión en 3D”.

El colágeno es un material ideal para la biofabricación debido a su papel crítico en la matriz extracelular (ECM), donde proporciona resistencia mecánica, permite la organización estructural de los compartimentos de células y tejidos, y sirve como depósito para la adhesión celular y las moléculas de señalización. Sin embargo, es difícil imprimir andamios complejos en 3D usando colágeno en su forma nativa no modificada porque la gelificación generalmente se logra usando un autoensamblaje térmico, que es difícil de controlar.

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Universidad Carnegie Mellon