Método de bioimpresión 3D mejora reparación ósea al promover crecimiento de vasos sanguíneos

La pérdida ósea grave después de un traumatismo, un cáncer o una infección es difícil de reconstruir porque los injertos diseñados suelen no lograr formar vasos sanguíneos estables. La mala vascularización limita la entrega de nutrientes, ralentiza la cicatrización y perjudica la integración del injerto.

Para superar esta limitación, los investigadores han desarrollado una forma de programar, en 3D y vivas, agrupaciones de células formadoras de hueso impresas en 3D para promover el crecimiento de vasos. El enfoque tiene como objetivo crear tejido óseo vascularizado que pueda sobrevivir e integrarse mejor después de la implantación.

Un equipo interdisciplinario de la Universidad Estatal de Pensilvania (Penn State) creó esferoides bioimpresos, agrupaciones compactas de células vivas, diseñados para regenerar tejido óseo y favorecer al mismo tiempo la formación de nuevos vasos sanguíneos. El equipo introdujo «interruptores» genéticos específicos en células madre indiferenciadas de origen comercial antes de agruparlas en esferoides e imprimirlas en un andamio de microgel. Los hallazgos, publicados en línea en Chemical Engineering Journal, se validaron mediante experimentos de laboratorio y modelos murinos.

La tecnología utiliza bioprinting asistido por aspiración para recoger esferoides individuales y colocarlos con un espaciado preciso dentro del andamio. Este control ayuda a organizar redes celulares coordinadas, lo cual es esencial para formar tejidos complejos. El método busca superar un obstáculo de larga data en la ingeniería de tejido óseo, donde la falta de vascularización ha limitado el grosor y la función del hueso regenerado.

Los investigadores transfectaron las células madre con dos hebras de microARN (miARN): miR‑148b para promover la formación ósea y miR‑210 para potenciar la vascularización. Los esferoides que contenían uno o ambos programas de miARN se imprimieron en andamios, se cultivaron durante 28 días y luego se evaluaron en ratones inmunodeficientes con defectos óseos a lo largo de seis semanas. Los ratones no tratados regeneraron alrededor del 35 % del área del defecto, mientras que los ratones que recibieron un andamio de control mostraron aproximadamente un 93 % de cobertura. 

La adición de esferoides programados con ambos miARN produjo una mayor cobertura ósea general y una vascularización más eficaz, con una expresión de CD31 más alta que en los grupos no transfectados o de un solo miARN. El equipo planea investigar estos efectos de co-desarrollo en modelos más grandes y estudiar cómo la vascularización puede influir en el crecimiento óseo en tejido impreso.

Entre los coautores estuvieron representantes de Penn State junto con colaboradores de CHA University, Johns Hopkins University, la University of Wisconsin School of Medicine y la University of Pennsylvania. El trabajo sugiere que esferoides cuidadosamente patrones y con múltiples programas pueden ayudar a que el tejido óseo impreso se integre con mayor eficacia con la vasculatura del huésped.

“Hay dos partes en esto: estamos imprimiendo células progenitoras que eventualmente ayudarán a formar hueso vascularizado, y esperamos que estas mismas células también ayuden a impulsar ese proceso regenerativo natural. No recurrirías a este tratamiento para una fractura ósea normal. Esto es para alguien que ha sufrido un traumatismo considerable o pérdida de hueso debido a un cáncer o a una infección”, dijo Daniel Hayes, director del Departamento de Ingeniería Biomédica de Penn State.

“A medida que estas técnicas se acercan a la aplicación clínica, los médicos necesitarán una gran cantidad de comprensión fundamental proporcionada por los investigadores para aplicar mejor estas nuevas tecnologías. Ahora existe una enorme oportunidad para establecer ese conocimiento, ya que estos materiales están disponibles comercialmente y son escalables”, dijo Ibrahim Ozbolat, profesor de ingeniería y mecánica e ingeniería biomédica en Penn State y titular de la cátedra de los Huck Institutes of the Life Sciences en bioprinting 3D y medicina regenerativa.

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