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Investigadores crean cartílago con una impresora de inyección de tinta

Los científicos imprimieron células de la oreja de un conejo sobre nanoestructuras sintéticas para sostener la multiplicación celular. Ocho semanas después de haberlas implantado en ratones, seguían vivas y mantenían su resistencia y elasticidad

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Un grupo de investigadores del Instituto de Medicina Regenerativa de la Universidad Wake Forest (EEUU) ha conseguido crear cartílago usando una impresora de inyección de tinta modificada. A diferencia de otros sistemas de impresión 3D, su prototipo combina células cartilaginosas con estructuras artificiales para que el híbrido sobreviva manteniendo la estructura y las propiedades mecánicas de estos tejidos en estado natural. En el futuro podría bastar un escaneado de los órganos a reparar para imprimir los tejidos de reemplazo.

Impresora de cartílagoAmpliar

El sistema es un híbrido entre una impresora inkjet, con su plotter en 3D, y una máquina de electrohilado usada en nanotecnología. En vez de usar tinta usa células. Y cambia el papel por estructuras poliméricas. / Wake Forest University Health Sciences

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La impresora, presentada hoy en la revista Biofabrication, combina dos técnicas de fabricación accesibles y de bajo coste. Por un lado, una impresora de inyección de tinta o inkjet y, por el otro, una máquina de electrohilado o electrospinning. Ésta se encarga de crear estructuras porosas a base de un material sintético (polímeros) por medio de una corriente eléctrica. Aquélla usa esta matriz para depositar células obtenidas de la oreja de un conejo como si fueran gotas de tinta que se multiplican una vez adheridas a este andamiaje.

Combinando los dos sistemas, los científicos han conseguido crear un cartílago con estructura sintética y contenido biológico, uniendo lo mejor de ambos mundos. El material sintético asegura las propiedades de resistencia y flexibilidad, mientras que el gel celular ofrece un ambiente adecuado para el crecimiento celular.

“Hay sistemas 3D que imprimen células y geles. Pero la impresora 3D que nuestro equipo ha desarrollado es única al poder utilizar tanto geles de biomateriales como polímeros rígidos, pudiendo crear cualquier forma tridimensional”, explica el doctor Anthony Atala, del Instituto de Medicina Regenerativa Wake Forest y coautor del trabajo. Aunque demostraron su funcionalidad con el tejido cartilaginoso, la impresora podría obtener otros materiales biológicos. “Se pueden imprimir proteínas, factores de crecimiento y otros líquidos en la estructura para ayudar a promover la regeneración una vez implantado. Aunque este dispositivo todavía es experimental, estamos explorando sus posibilidades en órganos como el riñón y tejidos estructurados como el de la oreja”, añade.

Los investigadores combinaron una serie de matrices o redes flexibles de polímeros sintéticos, capa a capa, con un gel que contenía células cartilaginosas obtenidas de las orejas del conejo, inyectadas por la impresora. Esta combinación ofrece una mayor estabilidad mecánica del tejido. Además, la creación mantuvo sus características funcionales tanto en las pruebas de laboratorio como tras su implantación en seres vivos.

“Para poder funcionar en el cuerpo, el cartílago requiere de una resistencia mecánica que es imposible obtener si imprimimos geles celulares con una impresora de inkjet. La idea era imprimir un creación a base de gel, que promueve el crecimiento celular, y de materiales sintéticos, que ofrecen resistencia”, aclara Atala.

Nanotecnología de electrohilado

Tan importante como la impresora de inyección ha sido, por lo tanto, la máquina de electrohilado. Estos sistemas, que están siendo usados en centros de investigación en nanotecnología, usan una corriente eléctrica para crear fibras extrafinas obtenidas de un material sintético polimérico. Su gran ventaja aquí, es que permite que esta creación sea fácilmente controlada en la dirección y forma que requieran los científicos.

En este caso, les permitió fabricar nanoestructuras porosas donde imprimir las células hasta crear un material de 10 centímetros (en diagonal) y un grosor de 0,4 milímetros. Después comprobaron su viabilidad. Primero lo cultivaron dos semanas en el laboratorio, viendo que había multiplicación celular. En una segunda fase, tomaron muestras del material cartilaginoso y lo implantaron en las orejas de varios grupos de ratones. Dos meses después, volvieron a analizar el tejido implantado y comprobaron que no sólo seguía vivo sino que conservaba la característica resistencia y elasticidad propias del cartílago.

Sólo es un prototipo, incluso algo aparatoso a tenor de la fotografía, pero estos resultados abren la posibilidad para su implantación en humanos, lo que sería un gran avance para la medicina regenerativa personalizada. Como dice Atala: “La información obtenida de un escáner del paciente, permitiría, por ejemplo, diseñar un órgano o tejido de reemplazo”.

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REFERENCIA

‘Hybrid printing of mechanically and biologically improved constructs for cartilage tissue engineering applications’ DOI:10.1088/1758-5082/5/1/015001


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