Sistema vascular realizado mediante la impresión 3d de azucar

Bioengineers de la Universidad de Pennsylvania han desarrollado 3D-impresos estructuras vasculares hechas de azúcar que se podrían utilizar para mejorar la función de los tejidos vivos de ingeniería.

Un obstáculo importante para la creación de grumos 3D de la ingeniería de tejidos (en oposición a las capas 2D) es mantener las células permanentemente. Este es uno de los factores que frenan los investigadores de la fabricación, por ejemplo, los hígados de reemplazo a partir de células del propio paciente, o  cultivadas en laboratorio. Órganos o trozos de músculo pueden ser recreados por mediación de la tecnología 3D que no pueden ser realizados en el laboratorio.

El equipo de investigación Pennsylvania han desarrollado plantillas de impresión 3d de redes filamentos que se pueden utilizar para crear rápidamente esta red de vasos sanguíneos y mejorar la función de los tejidos de ingeniería.

Es fácil cultivar piezas muy delgadas de tejido con unas pocas capas de células sin un sistema vascular, porque todas las células tienen acceso directo a los nutrientes y el oxígeno de cualquier mezcla de nutrientes que se cultivan,  luego pueden ser apilados en la parte superior de cada uno otra para crear tejidos más gruesos, como se ha hecho con hamburguesas de laboratorio .

A fin de que los nutrientes que se entregarán a través de los tejidos más gruesos, los investigadores tienen en los últimos canales huecos creados, que se ejecutan entre las capas que pueden ser bombeados con los alimentos, a pesar de la presión que se pueden tener las capas separadas.

Para evitar esto, Christopher Chen, el profesor Skirkanich de Innovación del Departamento de Bioingeniería de Pennsylvania, y sus colegas recurrieron el proceso de impresión del revés. En lugar de centrarse en la impresión de los tejidos, se centraron en la impresión de la vasculatura. Se diseñaron una red de filamentos 3D en la forma de un sistema de vasos sanguíneos que se sentó en el interior de un molde.

Se necesitan utilizar un material que era lo suficientemente rígido para actuar como una red 3D alrededor de la cual las células vivas podrían ser cultivadas, pero que también podrían disolverse en agua sin un efecto tóxico sobre las células. Resultó que los azúcares eran ideales porque no eran sólo fuerte, sino que también disuelve para crear un líquido que era nutritivo a las células.

Se eligió una combinación de sacarosa y glucosa combinada con dextrano, que proporciona refuerzo estructural. Se imprimen con una impresora 3D RepRap y luego recubrirse con un polímero degradable derivado del maíz, que ayuda a la plantilla de azúcar para ser disuelta fácilmente. El cultivo de células (contenido en un gel) a continuación, se puede pipeta manualmente en el molde alrededor de la red de vasos sanguíneos de azúcar “”. Una vez que el azúcar se elimina, los investigadores pueden empezar a empujar fluido a través de los canales restantes para proporcionar nutrientes al tejido.

Esta es una imagen de microscopio de una plantilla de azúcar impreso 3-D se utiliza para la creación de la vasculatura en los tejidos vivos

Esta es una imagen de microscopio de una plantilla de azúcar impreso 3-D se utiliza para la creación de la vasculatura en los tejidos vivos

Posteriormente, el equipo podría inyectar células de los vasos sanguíneos humanos en estas redes para generar nuevos brotes capilares que podrían aumentar el alcance de la red. Se experimentaron con las células del hígado y se encontró que la red vascular ayudó a mejorar la función de las células y la salud y el aumento de la supervivencia celular.

Los tejidos de ingeniería están muy lejos de ser los hígados totalmente funcionales, pero los investigadores usaron densidades celulares que estaban cerca de relevancia clínica, lo que sugiere que un sistema similar podría utilizarse para la investigación adicional en los órganos cultivados en laboratorio.

Sangeeta Bhatia, Wilson Profesor en el Instituto de Tecnología de Massachusetts, que colaboró ​​en el proyecto, dijo:. “La ventana terapéutica para la terapia humana de hígado se estima en uno a 10 mil millones de células hepáticas funcionales Con este trabajo, hemos traído ingeniería hígado tejidos pedidos de magnitud más cerca de ese objetivo, pero a decenas de millones de células del hígado por gel todavía tenemos mucho camino por recorrer “.

El equipo reconoce que aún queda trabajo por hacer para conectar estas redes vasculares de los vasos sanguíneos naturales.

El equipo también planea reconstruir la impresora RepRap desde cero, centrando su función por completo en la biología celular, la ingeniería de tejidos y la medicina regenerativa.

Su trabajo fue publicado en la revista Nature Materials.

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