Nanodiscos coloidales para bioimpresión de tejidos en 3D

La impresión 3D constituye un enfoque prometedor para la generación de tejidos específicos necesarios en medicina. Sin embargo, la mayoría de los materiales usados actualmente en la bioimpresión carecen de la versatilidad necesaria para su utilización en una gama amplia de aplicaciones. En el artículo 2D Nanosilicate for additive manufacturing: Rheological modifier, sacrificial ink and support bath, un equipo de investigadores de la Universidad Texas aprovecha las interacciones coloidales de las nanopartículas para imprimir geometrías complejas capaces de imitar la estructura de tejidos y órganos. En las bioimpresiones se utiliza una “tinta” coloidal compuesta por nanosilicatos 2D (nanopartículas inorgánicas en forma de disco de 20 a 50 nanómetros de diámetro y de 1 a 2 nanómetros de espesor) en polímeros solubles en agua como agarosa, alginato, carragenina kappa, gelatina, polietilenglicol y N-isopropilacrilamida.

Crédito: Satyam Rajput y col. Bioprinting. Volumen 25 (Mayo 2022)

Uno de los principales desafíos de la impresión 3D basada en extrusión es resolver la incapacidad de hacer estructuras altas y complejas, ya que los materiales blandos fluyen por gravedad y no pueden formar estructuras autoportantes. Debido a la obtención de una buena fidelidad en formas diseñadas, las formulaciones de las tintas imprimibles permiten superar el citado problema. Resultan ideales en el diseño de dispositivos de microfluidos para emular-estudiar la fisiología vascular (mecánica de fluidos) y como baño de soporte para la impresión 3D al anular la tensión superficial y las fuerzas gravitatorias. Dentro del baño de soporte se han impreso una serie de estructuras complejas, como un vaso bifurcado, un fémur, un menisco, una doble hélice de ADN y un corazón. La versatilidad de los nanosilicatos nos permite vislumbrar su futura utilización en la fabricación aditiva, la ingeniería de tejidos, la administración de fármacos y distintos dispositivos médicos.

Lectura complementaria:

2D Nanosilicate for additive manufacturing: Rheological modifier, sacrificial ink and support bath

Nanopartículas magnéticas posibilitan disponer de un stock de órganos trasplantables.

Los científicos de la Universidad de Minnesota han logrado congelar y recalentar secciones del tejido del corazón por primera vez, en un avance que podría allanar el camino para que los órganos se almacenen durante meses o años. La técnica propuesta podría salvar la vida de miles de personas que mueren cada año esperando órganos para trasplante. El trabajo constituye un importante desarrollo en el campo de la crioconservación; es la primera vez que los científicos han sido capaces de recalentar rápidamente grandes muestras de tejidos sin que se rompan, agrieten o se conviertan en una pulpa. El equipo de los Estados Unidos superó este desafío infundiendo el tejido con nanopartículas magnéticas excitables en un campo magnético, generando una ráfaga rápida y uniforme de calor. En la actualidad, los órganos de los donantes, como corazones, hígados y riñones deben ser trasplantados en cuestión de horas porque las células comienzan a morir cuando a los órganos se le corta el suministro de sangre. Como resultado, el 60% de los corazones y los pulmones donados para trasplantes se descartan cada año, ya que estos tejidos no pueden mantenerse en hielo durante más de cuatro horas. Estimaciones recientes sugieren que si sólo la mitad de los órganos descartados pudieran trasplantarse con éxito, las listas de espera podrían eliminarse en dos o tres años. La criopreservación existió por décadas; funciona bien para los glóbulos rojos, esperma y huevos. No obstante los científicos se han topado con una barrera para muestras de mayor volumen. Las muestras más grandes se pueden enfriar con éxito utilizando una técnica conocida como vitrificación, en la que el tejido se infunde con una mezcla de productos químicos anticongelantes y una solución para preservación de los órganos. Cuando se enfría por debajo de -90 ° C (-130 ° F), el líquido se convierte en un sólido similar al vidrio. El verdadero problema es la descongelación. A menos que el recalentamiento ocurra rápida y uniformemente, las grietas aparecerán en el tejido y pequeños cristales de hielo se expanden, destruyendo las estructuras celulares. En la nueva técnica de "nano-calentamiento" las válvulas de corazón de cerdo y los vasos sanguíneos se infunden con una solución crioprotectora mezclada con nanopartículas de óxido de hierro, recubiertas de silicio para hacerlas biológicamente inertes. Luego son enfriadas en nitrógeno líquido hasta -160ºC. Para la descongelación, la muestra se coloca dentro de una bobina electromagnética diseñada para generar un campo magnético alterno. A medida que el campo magnético oscila de un lado a otro, las partículas se mueven alrededor de la muestra calentando rápidamente y uniformemente el tejido a velocidades de 100 a 200ºC por minuto, 10 a 100 veces más rápido que los métodos anteriores. Los ensayos de las propiedades mecánicas y biológicas realizadas sobre los tejidos tratados no mostraron ningún signo de daño. Una técnica ingeniosa ampliable a grandes órganos como el corazón, hígado, pulmón y riñón. Su contribución en el campo de los trasplantes de órganos puede ser inmensa al permitir disponer de un stock para trasplantes durante meses años.

Lectura complementaria:

Improved tissue cryopreservation using inductive heating of magnetic nanoparticles.

“Biotinta” de células madre para hacer tejidos con impresoras 3D.

En los últimos años el uso de una simple tecnología de inyección de tinta para la impresión de células ha provocado un tremendo interés en la biofabricación. Un equipo de investigadores de la Universidad Heriot-Watt en Edimburgo y del Roslin Biocentre del Reino Unido, en el artículo “ Developement of a valve-based printer cell for the formation of human enbryonic stem cell spheroid aggregates" explican como  llevaron a cabo una impresión 3D con células madre embrionarias, puntapié inicial para  producir en poco tiempo tejidos humanos. Es la primera vez que utilizando suspensiones de células madre como si fueran biotinta se  imprimen de forma controlada estructuras tridimensionales en las cuales el 99% de las células permanecieron vivas. La metodología es lo suficientemente precisa como para producir micro-tejidos 3D. Las células impresas mantienen su potencia y  la capacidad de diferenciarse en cualquier otro tipo de células en nuestro cuerpo. Esta diferenciación se produce cuando las células madre se combinan con células nacientes de órganos específicos que emiten señales químicas para transformarlas en el tipo celular del tejido huésped. Tras la primera impresión 3D con células madre, posiblemente en los próximos 2-3 años, se podrán producir tejidos humanos y construir órganos individuales para trasplantes. Relativamente pronto podremos imprimir grupos de estas células para "programarlas" y que se conviertan en los órganos necesarios pasa  acabar con la problemática de la donación de órganos. También se podrán producir distintos tejidos para la fabricación de  variados biofármacos. Seguramente la impresión 3D se convertirá en una tecnología central en las biofábricas del futuro.
Lectura complementaria:
Biofábrica transgénica.