Algún día, las impresoras 3D podrían producir corazones de reemplazo

Trileaf heart valve bioprinted from collagen. Photo: Carnegie Mellon

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Reportera de HealthDay

JUEVES, 1 de agosto de 2019 (HealthDay News) -- Unos científicos afirman que han dado un paso importante para la creación de corazones impresos en 3D, con el objetivo final de producir tejido de reemplazo para los órganos y las partes del cuerpo dañados por las enfermedades o las lesiones.

El proceso de impresión en 3D construye objetos tridimensionales basados en un modelo computarizado. A diferencia de la impresión tradicional en una superficie plana, la máquina produce varios materiales (plásticos, metales, cerámicas) capa por capa.

La tecnología se usa en varias industrias, y en años recientes los investigadores han estado desarrollando una derivación: la "bioimpresión" 3D. La esperanza es al final tener la capacidad de producir tejido de reemplazo personalizado, o incluso órganos completos, para los pacientes.

Por supuesto, el cuerpo humano es mucho más complejo que un producto del consumidor. El tejido impreso no solo necesita estructura, sino que necesita estar impregnado de vasos sanguíneos, nervios y otros elementos para mantenerlo vivo.

Faltan años para que los investigadores puedan imprimir órganos funcionales que se puedan trasplantar en humanos, comentó el investigador principal, Andrew Lee.

Pero Lee y sus colaboradores de la Universidad de Carnegie Mellon, en Pittsburgh, reportan un paso clave en ese camino. Desarrollaron un nuevo método de bioimpresión capaz de crear partes del corazón humano con colágeno.

El colágeno es la proteína más abundante del cuerpo, y es una parte esencial de la "matriz extracelular", una red de moléculas que rodean a las células del cuerpo, dándoles estructura y respaldo químico.

La nueva estrategia de bioimpresión ayuda a abordar un obstáculo importante: imprimir células vivas y materiales biológicos blandos, como el colágeno, es difícil. Al principio el colágeno es un líquido, y podría acabar siendo simplemente un charco si se bioimprime solo, explicaron los investigadores. Pero al soportar el colágeno con un gel que se puede eliminar después de la bioimpresión, el colágeno tiene tiempo de solidificarse.

La técnica se conoce como FRESH 2, y con ella los investigadores pudieron imprimir de forma fiable minúsculas fibras de colágeno, de 20 micrómetros de diámetro, un orden de magnitud más pequeño que los 250 micrómetros anteriores con una versión más temprana de la tecnología. El método también les permitió solidificar el colágeno con un control preciso, y crear "arquitecturas" de tejido en las que se pueden incorporar células vivas.

Cuando los investigadores imprimieron la "biotinta" de colágeno con células cardiacas humanas, pudieron construir un modelo pequeño del ventrículo izquierdo del corazón, que es su principal cámara de bombeo. Durante varios días, los ventrículos mostraron la capacidad de contraerse.

Los investigadores también imprimieron una válvula cardiaca que podía abrir y cerrarse, y un modelo del corazón de un recién nacido.

"Todavía ni nos acercamos a un corazón funcional que se pueda implantar en un humano", enfatizó Lee. "Pero este es un paso importante".

Lauren Black, profesor asociado de ingeniería biomédica de la Universidad de Tufts en Medford, Massachussets, estuvo de acuerdo.

"Es un avance bastante significativo", señaló Black, autor de un editorial publicado junto con el estudio en la edición del 2 de agosto de la revista Science.

Anotó que el método no solo puede imprimir colágeno, sino también otras sustancias biológicas importantes, como el fibrinógeno y el ácido hialurónico.

La esperanza a largo plazo es generar tejido personalizado para pacientes individuales mediante la bioimpresión 3D. Black explicó que esto se haría con la ayuda de las células madre del propio paciente. Se tomarían células de la piel y se reprogramarían genéticamente para llevarlas a un estado similar al de las células madre embrionarias, dándoles el potencial de madurar y convertirse en cualquier tipo de tejido corporal.

Hay una escasez de órganos de donantes, apuntó Black, e incluso cuando un paciente recibe uno, el sistema inmunitario lo rechaza sin fármacos inmunosupresores. La bioimpresión 3D podría ayudar a resolver ambos problemas, afirmó.

Pero para eso falta mucho. A más corto plazo, dijo Black, el tejido humano bioimpreso podría usarse en la investigación de laboratorio, para evaluar nuevos fármacos, y posiblemente para reemplazar parte de la investigación que se realiza actualmente con animales.

Lee se mostró de acuerdo. También anotó que el estudio actual usó el corazón para una "prueba de concepto". Pero el método FRESH se podría usar para construir una variedad de sistemas orgánicos, añadió.

A continuación, un video corto de la válvula cardiaca impresa en 3D en funcionamiento:

Más información

La Sociedad Americana de Biología Celular (American Society for Cell Biology) ofrece más información sobre la bioimpresión 3D.


Artículo por HealthDay, traducido por HolaDoctor.com

© Derechos de autor 2019, HealthDay

FUENTES: Andrew Lee, M.S., graduate student researcher, Carnegie Mellon University, Pittsburgh; Lauren Black III, Ph.D., M.S., associate professor, biomedical engineering, Tufts University School of Engineering, Medford, Mass.; Aug. 2, 2019, Science

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