Los ingenieros cultivan vasos sanguíneos bioimpresos en 3D

Las enfermedades vasculares como los aneurismas, la enfermedad de las arterias periféricas y los coágulos dentro de los vasos sanguíneos representan el 31% de las muertes mundiales. A pesar de esta carga clínica, el progreso de los fármacos cardiovasculares se ha ralentizado durante los últimos 20 años. La disminución en el desarrollo terapéutico cardiovascular se atribuye a la falta de eficiencia en la conversión de posibles tratamientos en métodos aprobados, particularmente debido a la discrepancia entre los estudios que se realizan fuera del cuerpo y en el interior.

Los investigadores de la Universidad de Texas A&M tienen como objetivo remodelar las metodologías actuales para minimizar esta brecha y mejorar la traducibilidad de estas técnicas dirigiendo la bioimpresión 3D hacia la medicina vascular.

Un equipo del Departamento de Ingeniería Biomédica, dirigido por Akhilesh Gaharwar, profesor asociado, y Abhishek Jain, profesor asistente, diseñó un modelo bioimpreso en 3D de un vaso sanguíneo que imita la función vascular nativa y la respuesta a la enfermedad. Gaharwar es un experto en biomateriales y ha desarrollado nuevos bioenlaces que ofrecen biocompatibilidad y control sin precedentes sobre las propiedades mecánicas necesarias para imprimir vasos sanguíneos, mientras que la experiencia de Jain radica en la creación de modelos biomiméticos de enfermedades vasculares y hematológicas. Este proyecto interdisciplinario y colaborativo se publicó recientemente en la revista Advanced Healthcare Materials.

La bioimpresión 3D es una técnica de fabricación avanzada capaz de producir construcciones únicas en forma de tejido en un modo capa por capa con células incrustadas, lo que hace que sea más probable que la disposición refleje la composición multicelular nativa de las estructuras vasculares. Se introdujo una gama de tintas biológicas de hidrogel para diseñar estas estructuras; sin embargo, existe una limitación en los enlaces biológicos disponibles que pueden imitar la composición vascular de los tejidos nativos. Los bioenlaces actuales carecen de una alta capacidad de impresión y no pueden depositar una alta densidad de células vivas en arquitecturas 3D complejas, lo que las hace menos efectivas.

Para superar estas deficiencias, Gaharwar y Jain han desarrollado una nueva tinta biológica de nanoingeniería para imprimir vasos sanguíneos multicelulares 3D anatómicamente precisos. Su enfoque ofrece una resolución mejorada en tiempo real tanto para la macroestructura como para la microestructura a nivel de tejido, lo que actualmente no es posible con los bioenlaces disponibles.

«Una característica notablemente única de esta tinta biológica de nano-ingeniería es que, independientemente de la densidad celular, demuestra una alta capacidad de impresión y la capacidad de proteger las células encapsuladas de las altas fuerzas de cizallamiento en el proceso de bioimpresión», dijo Gaharwar. «Sorprendentemente, las células bioimpresas en 3D mantienen un fenotipo saludable y siguen siendo viables durante casi un mes después de su fabricación».

Aprovechando estas propiedades únicas, la biotinta de nanoingeniería se imprime en vasos sanguíneos cilíndricos 3D, formados por cocultivos vivos de células endoteliales y células del músculo liso vascular, lo que brinda a los investigadores la oportunidad de modelar la función vascular y el impacto de la enfermedad.

Este recipiente bioimpreso en 3D proporciona una herramienta potencial para comprender la fisiopatología de la enfermedad vascular y evaluar terapias, toxinas u otras sustancias químicas en estudios preclínicos.

Otros colaboradores del proyecto incluyen al Dr. John Cooke del Instituto de Investigación Metodista de Houston y Javier Jo de la Universidad de Oklahoma. Esta investigación se financia a través de subvenciones de los Institutos Nacionales de Salud, la Fundación Nacional de Ciencias y el Fondo de Excelencia del Presidente de Texas A&M.