Nuevo enfoque de impresión en 3D hace estructuras reticulares a escala celular

Una nueva forma de hacer andamios para cultivos biológicos podría hacer posible el crecimiento de células que son altamente uniformes en forma y tamaño, y potencialmente con ciertas funciones.

El nuevo enfoque utiliza una forma de impresión en 3D a escala extremadamente fina, utilizando un campo eléctrico para dibujar fibras una décima parte del ancho de un cabello humano.

El sistema fue desarrollado por Filippos Tourlomousis, un postdoctorado en el Centro de Bits y Átomos del MIT, y otros seis en el MIT y el Instituto de Tecnología Stevens en Nueva Jersey.

Muchas de las funciones de una célula pueden verse influidas por su microentorno, por lo que un andamio que permite un control preciso sobre ese entorno puede abrir nuevas posibilidades para el cultivo de células con características particulares, para investigación o incluso para uso médico.

Mientras que la impresión 3-D normal produce filamentos de hasta 150 micrones (millonésimas de metro), Tourlomousis dice que es posible obtener fibras de hasta 10 micrones agregando un campo eléctrico fuerte entre la boquilla que extruye la fibra y el escenario en el que se imprime la estructura.

La técnica se llama electrólisis por fusión.

“Si tomas células y las pones en una superficie impresa en 3D convencional, es como una superficie 2D para ellas”, explica, porque las células en sí son mucho más pequeñas.

Pero en una estructura similar a una malla impresa con el método de electrodispositivo, la estructura tiene la misma escala de tamaño que las propias células, por lo que sus tamaños y formas y la forma en que forman adherencias al material se pueden controlar ajustando la microarquitectura porosa de La estructura reticular impresa.

 “Al poder imprimir a esa escala, se produce un entorno real en 3D para las células”, dice Tourlomousis.

Luego, él y el equipo utilizaron la microscopía confocal para observar las células que crecían en varias configuraciones de fibras finas, algunas aleatorias, algunas dispuestas con precisión en mallas de diferentes dimensiones.

La gran cantidad de imágenes resultantes se analizaron y clasificaron utilizando métodos de inteligencia artificial, para correlacionar los tipos de células y su variabilidad con los tipos de microambiente, con diferentes separaciones y disposiciones de fibras, en las que se cultivaron.

Las células forman proteínas conocidas como adhesiones focales en los lugares donde se adhieren a la estructura.

“Las adherencias focales son la forma en que la célula se comunica con el entorno externo”, dice Tourlomousis.

“Estas proteínas tienen características medibles en todo el cuerpo celular que nos permiten hacer metrología.

Cuantificamos estas características y las usamos para modelar y clasificar formas de células individuales con mucha precisión “.

Para una estructura de malla dada, dice, “mostramos que las células adquieren formas que se acoplan directamente con la arquitectura del sustrato y con los sustratos de electrólisis fundidos”, lo que promueve un alto grado de uniformidad en comparación con los sustratos no tejidos de estructura aleatoria.

Dichas poblaciones celulares uniformes podrían ser potencialmente útiles en la investigación biomédica, dice:

“Es ampliamente conocido que la forma celular gobierna la función celular y este trabajo sugiere una vía impulsada por la forma para diseñar y cuantificar respuestas celulares con gran precisión” y con una gran reproducibilidad .

Él dice que en un trabajo reciente, él y su equipo han demostrado que cierto tipo de células madre que crecen en esas mallas impresas en 3D sobreviven sin perder sus propiedades durante mucho más tiempo que las que crecen en un sustrato bidimensional convencional.

Por lo tanto, puede haber aplicaciones médicas para tales estructuras, tal vez como una forma de cultivar grandes cantidades de células humanas con propiedades uniformes que podrían usarse para trasplante o para proporcionar material para construir órganos artificiales, dice.

El material utilizado para la impresión es un polímero fundido que ya ha sido aprobado por la FDA.

La necesidad de un control más estricto sobre la función celular es un obstáculo importante para llevar productos de ingeniería de tejidos a la clínica.

Según esta organización, todos los pasos necesarios para ajustar las especificaciones en el andamio y, por lo tanto, también para ajustar la varianza en el fenotipo celular, son muy necesarios para esta industria.

El sistema de impresión también puede tener otras aplicaciones, dice Tourlomousis.

Por ejemplo, podría ser posible imprimir “metamateriales”: materiales sintéticos con estructuras en capas o con patrones que pueden producir propiedades ópticas o electrónicas exóticas.

Fuente: Noticias de la Ciencia