Responsable del laboratorio de Biología sintética e Ingeniería de Tejidos
Departamento de Bioingeniería e Ingeniería Química
La bioimpresión es la tecnología que permite la impresión tridimensional de biomateriales cargados con células vivas, con el objetivo de construir estructuras que se asemejan a órganos y tejidos funcionales. Combinando la impresión 3D, la medicina regenerativa y la biotecnología, para resolver problemas presentes en la ingeniería de tejidos, la investigación farmacéutica y la medicina.
A pesar de todos los avances prometedores en el campo, es necesario nueva tecnología que permita la creación de injertos grandes clínicamente relevantes, y que sean obtenidos por un proceso a alta velocidad.
Los actuales métodos de impresión incluyen técnicas basadas en inyección de tinta, que consiste en biotintas líquidas que pueden extruirse mediante calor en un sustrato cuyo contacto lo hará estructuralmente rígido. Luego, la bioimpresión asistida por láser, en la que se utilizan láseres para calentar el material y evaporarlo antes de su deposición. Finalmente, la bioimpresión basada en litografía, como la estereolitografía (SLA) cuyas principales ventajas incluyen una impresión a alta velocidad y una alta precisión. Estas tecnologías toman mucho tiempo, sobre todo cuando se requiere generar injertos grandes, de escala centimétrica; lo cual genera que las células sean mantenidas en el cartucho de la bioimpresora por largos periodos de tiempo, lejos de un entorno de cultivo óptimo; generando estrés y afectando su funcionalidad.
La bioimpresión volumétrica representa un cambio de paradigma dentro de la bioimpresión, ofreciendo un enfoque revolucionario para fabricar estructuras biológicas tridimensionales complejas. A diferencia de los métodos tradicionales de bioimpresión que depositan materiales capa por capa, la bioimpresión volumétrica aprovecha técnicas que implican la manipulación de materiales ligeros y fotosensibles, para crear estructuras completas a la vez, en lugar de mediante la adición secuencial de bloques de construcción básicos.
El flujo de trabajo es similar a la bioimpresión, se inicia con un modelo digital en 3D, el cual fue obtenido con un software de diseño asistido por computadora (CAD). Los biomateriales con los cuales se trabaja son fotosensibles, es decir sufren cambios estructurales cuando son expuestos a longitudes de onda de luz específica; por ejemplo acrilatos (gelatina metacrilato) y resinas elastoméricas, las cuales se trabajan con un fotoiniciador cuya concentración debe ser lo suficientemente baja para que la luz penetre a través de todo el volumen, pero lo suficientemente alta para permitir que el gel se polimerice.
A diferencia del enfoque tradicional de capas, se usa un proyección de luz holográfica o polimerización de luz multifotónica, los patrones de luz se cruzan dentro del material fotosensible, se forma instantáneamente una estructura sólida, dando forma a la estructura 3D deseada en un solo paso de impresión, después del proceso de impresión volumétrica, se elimina cualquier material que no haya reaccionado y se pueden realizar pasos de posprocesamiento adicionales según sea necesario.
Bernal et al, 2019, demostraron que células madre mesenquimales (CMM) impresas en un modelo de hueso trabecular podían mantenerse en medio osteogénico durante 7 días, como imitación de los osteoblastos dentro del hueso nativo (O-MSC). La compleja red porosa del modelo trabecular cargado de células también podría sembrarse con células adicionales después de la impresión. Los investigadores introdujeron células formadoras de colonias endoteliales (ECFC) y CMM, para generar una cocultivo de células osteogénicamente diferenciadas, células endoteliales vasculares y CMM de soporte. Luego de 3 días de cultivo, observaron la formación de brotes angiogénicos tempranos, típicos de los precursores de la red capilar sanguínea.
Bibliografia
- Bernal, P.N. et al. (2022) ‘Volumetric Bioprinting of Organoids and Optically Tuned Hydrogels to Build Liver-Like Metabolic Biofactories’, Advanced Materials, 34(15). Available at: https://doi.org/10.1002/adma.202110054.
- Bernal, P.N. et al. (2019) ‘Volumetric Bioprinting of Complex Living-Tissue Constructs within Seconds’, Advanced Materials, 31(42). Available at: https://doi.org/10.1002/adma.201904209.
Grottkau, B.E., Hui, Z. and Pang, Y. (2020) ‘A novel 3d bioprinter using directvolumetric dropondemand technology for fabricating micro tissues and drugdelivery’, International Journal of Molecular Sciences, 21(10), pp. 1–11. Available at: https://doi.org/10.3390/ijms21103482.
