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Redes biométricas impresas en 3-D de los vasos sanguíneos
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Redes biométricas impresas en 3-D de los vasos sanguíneos

Nanoingenieros han impreso una redes de vasos sanguíneos biomimético en 3-D

Los ingenieros de nanotecnología de la Universidad de California en San Diego han impreso en 3D una red realista y funcional de vasos sanguíneos que podría allanar el camino hacia los órganos artificiales y terapias regenerativas.

La nueva investigación, dirigida por el profesor de nanoingeniería Shaochen Chen, aborda uno de los mayores desafíos en la ingeniería de tejidos: crear tejidos y órganos realistas con vasculatura funcional - redes de vasos sanguíneos que pueden transportar sangre, nutrientes, desechos y otros materiales biológicos. Hacerlo con seguridad cuando se implanta dentro del cuerpo.

Los investigadores de otros laboratorios han utilizado diferentes tecnologías de impresión 3D para crear vasos sanguíneos artificiales. Pero las tecnologías existentes son lentas, costosas y producen principalmente estructuras sencillas, como un solo vaso sanguíneo - un tubo, básicamente. Estos vasos sanguíneos tampoco son capaces de integrarse con el propio sistema vascular del cuerpo.

"Casi todos los tejidos y órganos necesitan los vasos sanguíneos para sobrevivir y trabajar correctamente.Esto es un gran cuello de botella en la fabricación de órganos trasplantes, que son de gran demanda, pero en escasez", dijo Chen, que dirige el Nanobiomaterials, Bioprinting y Tissue Engineering Lab En UC San Diego. "Los órganos bioprinting 3D pueden ayudar a cerrar esta brecha, y nuestro laboratorio ha dado un paso grande hacia esa meta."

El laboratorio de Chen ha impreso en 3D una red vascular que puede integrarse de forma segura con la propia red del cuerpo para hacer circular la sangre. Estos vasos sanguíneos se ramifican en muchas series de vasos más pequeños, similares a las estructuras de los vasos sanguíneos que se encuentran en el cuerpo. El trabajo fue publicado en Biomaterials.

El equipo de Chen desarrolló una innovadora tecnología de bioprintado, utilizando sus propias impresoras caseras 3D, para producir rápidamente intrincadas microestructuras 3D que imitan los sofisticados diseños y funciones de los tejidos biológicos. El laboratorio de Chen ha utilizado esta tecnología en el pasado para crear tejido de hígado y peces microscópicos que pueden nadar en el cuerpo para detectar y eliminar las toxinas.

Los investigadores primero crean un modelo 3D de la estructura biológica en una computadora. A continuación, el ordenador transfiere instantáneas 2D del modelo a millones de espejos de tamaño microscópico, los cuales son controlados digitalmente para proyectar patrones de luz UV en forma de estas instantáneas. Los patrones UV se brillan sobre una solución que contiene células vivas y polímeros sensibles a la luz que se solidifican al exponerse a luz UV. La estructura se imprime rápidamente una capa a la vez, de manera continua, creando un andamio de polímero sólido 3D encapsulando células vivas que crecerán y se convertirán en tejido biológico.

"Podemos imprimir directamente estructuras de microvasculatura detalladas en una resolución extremadamente alta, otras tecnologías de impresión 3D producen el equivalente de estructuras 'pixeladas' en comparación y normalmente requieren materiales de sacrificio y pasos adicionales para crear los vasos", dijo Wei Zhu, un becario postdoctoral en Chen Laboratorio y un investigador principal en el proyecto.

Y todo este proceso toma sólo unos segundos - una gran mejora en comparación con los métodos de bioprinting de la competencia, que normalmente toman horas sólo para imprimir estructuras simples. El proceso también utiliza materiales que son baratos y biocompatibles.

El equipo de Chen utilizó imágenes médicas para crear un patrón digital de una red de vasos sanguíneos que se encuentra en el cuerpo. Usando su tecnología, imprimieron una estructura que contenía células endoteliales, que son células que forman el revestimiento interno de los vasos sanguíneos.

Toda la estructura se ajusta a una pequeña área que mide 4 milímetros x 5 milímetros, 600 micrómetros de espesor (tan gruesa como una pila que contiene 12 hilos de cabello humano).

Los investigadores cultivaron varias estructuras in vitro durante un día, luego injertaron los tejidos resultantes en heridas de la piel de ratones. Después de dos semanas, los investigadores examinaron los implantes y encontraron que habían crecido exitosamente y se habían fusionado con la red de vasos sanguíneos del huésped, permitiendo que la sangre circulara normalmente.

Chen señaló que los vasos sanguíneos implantados aún no son capaces de otras funciones, como el transporte de nutrientes y residuos. "Todavía tenemos mucho trabajo por hacer para mejorar estos materiales, un paso prometedor hacia el futuro de la regeneración y reparación de tejidos", dijo.

Avanzando, Chen y su equipo están trabajando en la construcción de tejidos específicos de pacientes utilizando células madre pluripotentes inducidas por humanos, lo que evitaría que los trasplantes fueran atacados por el sistema inmunológico del paciente. Y puesto que estas células se derivan de las células de la piel de un paciente, los investigadores no necesitarán extraer ninguna célula del interior del cuerpo para construir el nuevo tejido. El objetivo final del equipo es trasladar su trabajo a ensayos clínicos. "Se necesitarán al menos varios años antes de alcanzar ese objetivo", dijo Chen.


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