Impresión de tejidos sintéticos en 3D
El tejido sintético se pliega de una hoja a un tuboVILLAR ET AL, SCIENCE/AAASLas impresoras tridimensionales han utilizado plásticos y metales para hacer de todo, desde muñecas hasta aviones y réplicas de cráneos de dinosaurios. Ahora, investigadores de la Universidad de Oxford han creado una impresora 3D que extruye rejillas de gotas acuosas que imitan las propiedades de los tejidos vivos.
Estos tejidos sintéticos se pueden imprimir con la consistencia de cerebros o grasa, y pueden cargarse con proteínas que les permitan conducir una corriente eléctrica, como las neuronas, o programarse para contraerse y plegarse como una capa de músculo. Los resultados, publicados hoy (4 de abril) en Science, podrían conducir a nuevas formas de envasar medicamentos o reparar tejidos dañados.
“Todavía es demasiado pronto para sabemos cómo se usará la tecnología en diferentes escenarios, pero, no obstante, es un importante paso adelante para la impresión 3D” dijo Christopher Chen, un bioingeniero…
Aunque algunas impresoras 3-D ya han sido personalizadas para imprimir con células reales, los investigadores optaron por un enfoque diferente. No sabemos si, a largo plazo, esas células proliferarán en el cuerpo y causarán problemas, dijo Oxfords Hagan Bayley, quien dirigió el estudio. Estábamos haciendo materiales muy simples que pueden imitar tejidos pero no usan células vivas.
El proyecto tuvo un comienzo simple. El equipo de Bayley estaba estudiando las propiedades de las proteínas de membrana mediante el registro de las corrientes que fluyen a través de ellas mientras se encuentran en membranas celulares artificiales que se encuentran entre dos cámaras separadas. Los investigadores encontraron una manera de reemplazar cada una de las cámaras con una pequeña gota que contenía solo 100 nanolitros de líquido, lo que minimiza la cantidad de reactivos necesarios para los experimentos. Entonces pensamos: si pudiéramos juntar dos gotas, tal vez podríamos juntar muchas gotas, dijo Bayley.
El colaborador de Oxford, Gabriel Villar, finalmente creó una impresora 3D personalizada que expulsa gotas de alrededor de 65 picolitros. de dos boquillas, a razón de una por segundo. Las gotitas se imprimen en aceite y, a medida que se asientan, construyen una membrana de lípidos como las células vivas. Decenas de miles de ellos se pueden colocar en filas de unos pocos micrómetros de largo. Ninguna imprenta comercial puede hacer eso, dijo Bayley.
Al cargar un subconjunto de las gotas con proteínas de membrana conductoras, Villar podría crear un camino a través de los tejidos que conduce la electricidad. Esto imita algunas de las propiedades de una neurona y permite que un extremo del tejido se comunique con el otro lado muy rápidamente y a lo largo de un camino fijo.
Villar también creó tejidos autoplegables imprimiendo gotas con diferentes concentraciones de sal. Una vez dispuestas, las gotas se pliegan automáticamente en formas que serían muy difíciles de imprimir directamente, como un tubo de una hoja o una esfera hueca de una flor de cuatro pétalos. Es el comienzo de un material similar al músculo si pudiéramos hacerlo reversible, dijo Bayley.
Estos tejidos sintéticos son sorprendentemente estables. Las gotas se pueden imprimir dentro de una pequeña bola de aceite colocada en un marco de metal y una vez que se elimina el exceso de aceite, el tejido restante puede durar varias semanas y está feliz de sobrevivir en el agua, dijo Bayley. Esto significa que podrían inyectarse en el cuerpo, abriendo una variedad de posibles aplicaciones médicas.
Bayley imagina que los tejidos podrían usarse para pasar de contrabando moléculas que necesitan reaccionar juntas para producir un fármaco, pero son demasiado inestables para ponerles una pastilla o un goteo intravenoso. Al cargarlos en gotitas separadas, podrían enviarse a un objetivo y mezclarse en el sitio objetivo dentro del cuerpo.
El objetivo a más largo plazo y muy especulativo es ver que estos materiales se utilicen para apoyar o reemplazar órganos defectuosos, dijo Bayley. Queremos hacer híbridos donde podamos acoplarlos con tejidos vivos y hacer que interactúen entre sí.
Este tipo de investigación no solo ayuda a comercializar el poder de la biología sintética, sino que también podría despertar interés en Comunidades de impresión 3D que históricamente se han centrado en materiales de ingeniería tradicionales, como aleaciones y polímeros, dijo Andy Sarles, ingeniero mecánico de la Universidad de Tennessee. Podrían beneficiarse enormemente de ampliar sus opciones de tintas imprimibles a biomoléculas y materiales blandos.
G. Villar et al., Un material impreso similar a un tejido, Science, 340: 48-52, 2013.
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