Réplica de corazón en miniatura podría ayudar a optimizar tratamientos de enfermedades cardíacas

Mediante la combinación de un cilindro de metamaterial con tejido cardíaco cultivado artificialmente, investigadores de EE. UU. han desarrollado la miniPUMP, un dispositivo integrado en un chip que imita de cerca la función de una cámara ventricular.

Usando una técnica avanzada de escritura con láser, un equipo dirigido por Christos Michas en la Universidad de Boston se aseguró de que miniPUMP pudiera expandirse y contraerse en un ciclo que recuerda el latido del corazón humano.

Los últimos avances en modelos de tejidos biomiméticos están dando lugar a órganos artificiales cada vez más sofisticados, junto con modelos de órganos en chip impresos en 3D, que permiten a los investigadores estudiar la función de nuestros órganos con un detalle sin precedentes.

Estos modelos se basan en la tecnología de células madre pluripotentes inducidas (iPSC), en la que se introduce un conjunto específico de genes en una célula, lo que le permite diferenciarse en una diversa gama de células madre.

Por ahora, la tecnología iPSC no se puede adaptar para reproducir las arquitecturas a nanoescala o microescala que se encuentran ampliamente en los órganos humanos y, a menudo, son esenciales para producir sus propiedades materiales únicas.

Para abordar este desafío, Michas y sus colegas recurrieron a una técnica llamada escritura láser directa de dos fotones (TPDLW).

Aquí, las moléculas de un material fotosensible se ven obligadas a absorber dos fotones simultáneamente, lo que mejora drásticamente sus respuestas a la luz en comparación con la escritura láser convencional.

Como resultado, TPDLW permite a los investigadores tallar características precisas a nanoescala dentro de estos materiales, sin necesidad de configuraciones ópticas complejas.

TPDLW es particularmente adecuado para la fabricación de metamateriales: cuyos elementos a escala nano o micro actúan colectivamente para producir propiedades materiales avanzadas en el material a escala macro.

En su caso, Michas y sus colegas aplicaron la técnica para recrear el ventrículo humano, una de las dos cámaras en la parte inferior del corazón, que se expande para extraer sangre de una válvula y luego se contrae rápidamente para bombearla a altas velocidades a través de otra válvula.

Llamado miniPUMP, el dispositivo presenta un metamaterial cilíndrico hueco de tamaño milimétrico, cuyas características a nanoescala le permiten expandirse y contraerse perpendicularmente a su eje.

Luego, este cilindro se envolvió en una capa gruesa de tejido cardíaco derivado de iPSC, que se expandió y contrajo en un ciclo cerrado.

Los investigadores conectaron su ventrículo artificial a un pasaje lleno de sangre, cuyo flujo unidireccional estaba controlado por un par de válvulas impresas en 3D.

En los experimentos, el cilindro de miniPUMP demostró un bucle perfecto de volumen y presión variable, bombeando sangre fuera del tubo en ciclos cuidadosamente controlados de velocidad de flujo variable.

A través de mejoras adicionales, el equipo de Michas espera que miniPUMP permita a los investigadores estudiar de cerca la función del corazón en el laboratorio, proporcionando potencialmente una plataforma ideal para probar nuevos tratamientos para enfermedades del corazón.

En otros lugares, la tecnología puede incluso generalizarse para fabricar dispositivos en un chip que imiten la función de otros órganos.

Fuente: ScienceAdvances