En la ingeniería de tejidos uno de los mayores retos es lograr que al imprimirse en 3D mantengan su estructura por largos periodos de tiempo. Un grupo de investigadores propone una técnica que combina múltiples materiales para superar esta barrera.
En este campo interdisciplinario, se combinan la ingeniería, biología y medicina para restaurar, mantener y mejorar tejidos u órganos dañados, así como para imprimir carne cultivada o darle forma a carnes vegetales.
Para lograrlo, se utilizan células, materiales biocompatibles y moléculas, ya sea en el laboratorio, en una caja petri o un biorreactor, o en el cuerpo directamente.
Aunque el campo ha avanzado mucho en los últimos años, aún es difícil crear estructuras gruesas con canales internos que logren que el tejido se vascularice, mantenga células vivas por semanas o meses y no se degraden ni pierdan su forma. Son obstáculos que han limitado la creación de impresiones más complejas, como el músculo.
“En el caso de la carne cultivada, podíamos cultivar filamentos con células para que crecieran y formaran tejido, pero después de siete días se nos deshacían”, dice Grissel Trujillo, profesora investigadora de la Escuela de Ingeniería y Ciencias (EIC) del Tec de Monterrey.
Para resolverlo, Trujillo, Mario Álvarez, profesor investigador de la EIC y un grupo multidisciplinario y multinstitucional, incluyendo investigadores de la Universidad de Ingeniería y Tecnología de Lima, Perú, y el Massachusetts Institute of Technology (MIT), Estados Unidos, demostraron en un artículo reciente el uso de la impresión caótica multimaterial.
Con ella se pueden imprimir bandas de distintos materiales, lo cual permite imprimir tejidos más complejos que sean resistentes y firmes.
Impresión caótica con más de un material
La tecnología que proponen es una evolución de la impresión caótica, que Trujillo y Álvarez desarrollaron hace una década.
“No sé si recuerdes las pastas de dientes que extruías y tenían bandas blancas y de color verde”, dice Álvarez. “Haz de cuenta que hacemos eso, pero en lugar de tener solamente bandeo de dos tipos, podemos tener bandas de hasta ocho materiales distintos”.
El nuevo método utiliza un cabezal con mezcladores estáticos que genera patrones complejos dentro de los filamentos impresos. La clave está en combinar tres componentes principales: un-biotinte incrustado en gelatina, un material para formar canales internos y una capa de refuerzo estructural hecha de alginato.
Uno de esos ocho materiales mencionados puede proveer soporte, otro puede hacer huecos para permitir la vascularización –desarrollo de vasos sanguíneos– y otros dos pueden tener distintos tipos de células, por ejemplo.
“Eso te da un sistema muy completo, puedes hacer prácticamente cualquier tejido”, dice Álvarez.
La ventaja de este enfoque es que posibilita producir estructuras con canales internos y paredes robustas, los canales prevascularizados permiten el transporte de oxígeno, nutrientes y desechos, replicando las funciones de un sistema vascular natural.
A su vez, las capas reforzadas aseguran que los filamentos puedan soportar cultivos prolongados de hasta 21 días, un avance importante para el crecimiento de tejidos complejos como el músculo esquelético.
“En el artículo, demostramos que podemos extender la vida por más de 20 días, pero realmente lo podemos extender más”, dice Trujillo. “Es importante extender el tiempo de cultivo, porque damos oportunidad a las células de crecer y comunicarse”.
Impacto y aplicaciones de hidrogeles prevascularizados para medicina regenerativa
Estos resultados representan un avance en biofabricación avanzada, demostrando que es posible diseñar hidrogeles que no solo se mantienen viables por periodos largos de tiempo. También promueven la alineación y proliferación de células mioblásticas, glóbulos blancos inmaduros que se forman en la médula ósea.
Este tipo de estructuras son fundamentales para desarrollar tejidos funcionales que puedan ser usados en medicina regenerativa, impresión de carne, modelos de enfermedad o ensayos farmacológicos.
“Nuestra esperanza como grupo de investigación es que sea una plataforma tecnológica que otros investigadores puedan utilizar con fines distintos”, dice Trujillo.
En su propia investigación, buscan aplicar la tecnología para poder desarrollar músculo en carne cultivada, lo cual a futuro permitiría desarrollar no solo carne molida, sino filetes y otro tipo de cortes.
Más allá del músculo, la estrategia puede adaptarse para fabricar otros tejidos complejos, incluyendo cartílago, tejido cardíaco o incluso modelos tumorales con vasculatura integrada, convirtiéndola en una herramienta prometedora tanto para investigación como para aplicaciones clínicas futuras.
Su investigación representa tal progreso en este tipo de tecnologías, que ganó la portada en Biomaterials Science, una revista científica de mucho prestigio en el campo de la ciencia e ingeniería de biomateriales.
“La portada es una foto de una de nuestras alumnas sosteniendo en sus dedos una de estas cabezas de impresión y ves los distintos materiales entrando a la punta”, cuenta Álvarez.
Con su investigación, los expertos marcan un paso clave que acerca a la comunidad científica a soluciones reales y asequibles para la medicina regenerativa, la impresión de carne y la fabricación de órganos y tejidos complejos.
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