Vasos sanguíneos impresos en 3D allanan el camino para la fabricación de órganos humanos implantables

El objetivo de generar órganos humanos funcionales fuera del cuerpo para trasplantes ha cautivado durante mucho tiempo al campo de la ciencia médica, pero en gran medida ha permanecido fuera de alcance. Sin embargo, los avances recientes pueden haber acercado significativamente esta ambición a la realidad.

Un esfuerzo colaborativo de investigadores del Instituto Wyss de Ingeniería de Inspiración Biológica de Harvard (Cambridge, MA, EUA) y la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson (SEAS, Cambridge, MA, EUA) ha llevado a la creación de un método innovador para imprimir en 3D redes vasculares. Estas redes presentan vasos sanguíneos interconectados que están revestidos con una "capa" de células musculares lisas y células endoteliales que rodean un "núcleo" hueco por donde puede circular el líquido, todo ello incrustado en el tejido cardíaco humano. Esta estructura se asemeja mucho a la de los vasos sanguíneos naturales y marca un avance sustancial en el potencial para fabricar órganos humanos implantables. En su trabajo anterior, el mismo equipo había desarrollado un nuevo método de bioimpresión en 3D, llamado "escritura sacrificial en tejido funcional" (SWIFT, por sus siglas en inglés), para crear patrones de canales huecos dentro de una matriz celular viva. En su último trabajo publicado en Advanced Materials, el equipo ha ampliado este método para introducir la técnica SWIFT coaxial (co-SWIFT) que imita la arquitectura multicapa típica de los vasos sanguíneos nativos, mejorando su capacidad para formar un endotelio interconectado y soportar la presión interna del flujo sanguíneo.

El avance se basa en una boquilla de núcleo-capa única equipada con dos canales de fluido separados para las “tintas” de impresión: uno para la tinta de la capa de colágeno y otra para la tinta del núcleo a base de gelatina. La cámara del núcleo de la boquilla sobresale ligeramente más allá de la cámara de la capa, lo que le permite penetrar en un vaso previamente impreso para crear ramas interconectadas, esenciales para la oxigenación del tejido a través de la perfusión. Los ajustes en el tamaño del vaso durante la impresión se pueden lograr alterando las tasas de flujo de tinta o la velocidad de impresión. El equipo demostró primero el método co-SWIFT imprimiendo vasos multicapa dentro de una matriz de hidrogel transparente y una matriz novedosa llamada uPOROS, que imita la estructura fibrosa del tejido muscular. Estos experimentos condujeron a impresiones exitosas de redes vasculares ramificadas en matrices libres de células.

A continuación, la matriz se calentó para entrecruzar el colágeno tanto en la matriz como en la tinta de la capa, y para derretir la tinta de gelatina del núcleo, dejando atrás una vasculatura hueca y perfusable. Avanzando más, los investigadores infundieron la tinta de la capa con células musculares lisas, típicas de las capas externas de los vasos sanguíneos humanos, y después de retirar el núcleo de gelatina, perfundieron las células endoteliales para formar las capas internas de los vasos. Después de una semana, estas células estaban vivas y funcionales, formando paredes vasculares. En la prueba más significativa de su técnica, los investigadores integraron sus vasos impresos en bloques de construcción de órganos cardíacos (OBB) densamente empaquetados. Imprimieron en 3D una red de vasos biomiméticos en este tejido cardíaco, eliminaron la tinta del núcleo y perfundieron los vasos con células endoteliales. La integración de estos sistemas culminó en OBB que comenzaron a latir de manera sincronizada después de cinco días, demostrando tejido cardíaco funcional y saludable. Las respuestas a los medicamentos cardíacos típicos validaron aún más su método. Los investigadores incluso crearon un modelo impreso en 3D de la vasculatura de la arteria coronaria de un paciente, lo que demuestra el potencial de las aplicaciones médicas personalizadas. Los esfuerzos futuros se centrarán en el desarrollo de redes capilares que se integren con estos vasos impresos en 3D para imitar mejor la estructura a microescala y mejorar la funcionalidad de los tejidos cultivados en laboratorio.

“Decir que diseñar tejidos humanos vivos funcionales en el laboratorio es difícil es quedarse corto”, dijo Donald Ingber, M.D., Ph.D., director fundador del Instituto Wyss. “Estoy orgulloso de la determinación y creatividad que este equipo demostró al probar que realmente podían construir mejores vasos sanguíneos dentro de tejidos cardíacos humanos vivos y latientes. Espero con ansias su continuo éxito en su búsqueda de implantar algún día tejido cultivado en laboratorio en pacientes”.

Enlaces relacionados:
Instituto Wyss de la Universidad de Harvard
SEAS