La bioimpresión de hidrogeles está experimentando una revolución gracias a la innovadora aplicación de la xolografía. Investigadores de la Universidad Tecnológica de Eindhoven (TU/e) han demostrado cómo esta tecnología, desarrollada por Xolo, permite un control sin precedentes sobre la estructura y las propiedades mecánicas de los hidrogeles, materiales esenciales en la ingeniería de tejidos.
Xolografía: Precisión y Control en la Bioimpresión de Hidrogeles
La ingeniería de tejidos requiere entornos extracelulares que guíen la actividad celular mediante señales bioquímicas, mecánicas y estructurales. Sin embargo, las técnicas de fabricación tradicionales carecían de la precisión espacial necesaria. El estudio, publicado en Advanced Materials, revela que la xolografía supera estas limitaciones, imprimiendo estructuras de hidrogel a escala de centímetro en minutos y controlando su forma y rigidez a nivel microscópico.
«Mi sueño es que la xolografía se convierta en una tecnología capaz de crear modelos de tejidos y órganos para estudiar enfermedades y desarrollar curas», afirma Lena Stoecker, líder de la investigación.
Avances en el Diseño de Hidrogeles con Xolografía
El equipo de investigación desarrolló un sistema de fotoiniciador soluble en agua y probó diversos hidrogeles, tanto sintéticos como naturales termorresponsivos. Su método logró crear estructuras con características de hasta 20 µm y modular la rigidez de 0.2 a 16 kilopascales (kPa) mediante proyección de luz en escala de grises.
La xolografía permite ajustar el grado de reticulación (DOC) durante la impresión, controlando así las propiedades mecánicas del hidrogel. La impresora Xube 3D de Xolo fue fundamental para este proceso de impresión volumétrica de doble color.
Hidrogeles Termorresponsivos y Bioimpresión Celular
El estudio exploró hidrogeles termorresponsivos, capaces de cambiar de forma con la temperatura. La xolografía permitió fabricar hidrogeles con transformaciones reversibles, abriendo nuevas aplicaciones en ingeniería de tejidos y robótica blanda.
Además, se logró la integración de células viables en las estructuras de hidrogel, demostrando la compatibilidad de la xolografía con la bioimpresión. Las células mantuvieron su actividad metabólica, aunque se reconoció la necesidad de optimizar las formulaciones de hidrogel para mejorar la viabilidad celular.
El Futuro de la Bioimpresión de Hidrogeles y la Medicina Regenerativa
La investigación sienta las bases para el futuro de la ingeniería de tejidos, permitiendo la creación de entornos 3D fisiológicamente relevantes para el cultivo celular y, a largo plazo, la fabricación de órganos impresos en 3D.
“Nuestra investigación es un primer paso necesario para el futuro de la ingeniería de tejidos. En este momento, puede imprimir entornos 3D fisiológicamente más relevantes para el cultivo celular, y a largo plazo, podría ayudar a hacer realidad los órganos impresos en 3D ”, dice Dias Castilho.
Innovaciones Adicionales en Bioimpresión Volumétrica: Un Panorama de Avances
La bioimpresión volumétrica está emergiendo como una fuerza transformadora en la medicina regenerativa, permitiendo la creación de tejidos y órganos complejos con una precisión y velocidad sin precedentes. Más allá de los avances logrados con la xolografía, otros equipos de investigación están explorando diversas técnicas y enfoques para superar los desafíos de la bioimpresión.
Tejido Hepático Funcional: Un Logro de la Universidad de Utrecht
Investigadores de la Universidad de Utrecht han logrado un hito significativo al fabricar tejido hepático funcional mediante bioimpresión volumétrica ultrarrápida. Su enfoque innovador implica el uso de tomografía de luz visible, una técnica que permite visualizar y manipular células en 3D con alta resolución. Para lograr la «transparencia» celular necesaria, el equipo empleó yodixanol, un medio de contraste que facilita la penetración de la luz.
El resultado fue la impresión de unidades de hígado funcionales en menos de 20 segundos, capaces de realizar tareas vitales como la desintoxicación de compuestos nocivos. Este logro no solo demuestra la velocidad de la bioimpresión volumétrica, sino también su capacidad para crear tejidos con funciones biológicas complejas. Además, el equipo diseñó arquitecturas porosas dentro del tejido para simular el flujo de nutrientes, replicando la función de los vasos sanguíneos en el hígado.
Avances en UMC Utrecht: Funcionalidad Celular y Supervivencia Mejorada
En 2023, investigadores del Centro Médico Universitario de Utrecht (UMC Utrecht) llevaron la bioimpresión volumétrica un paso más allá, logrando tres avances clave:
- Creación de Regiones Biológicamente Funcionales: El equipo desarrolló métodos para crear regiones específicas dentro de las células impresas en 3D, cada una con funciones biológicas distintas. Esto permite la creación de tejidos con una organización y funcionalidad más complejas.
- Mejora de la Supervivencia Celular: Utilizando geles granulares, los investigadores lograron aumentar significativamente la supervivencia de las células durante el proceso de bioimpresión. Estos geles proporcionan un entorno más protector y nutritivo para las células, lo que es crucial para la creación de tejidos viables.
- Combinación con Electrowriting de Fusión: El equipo integró la bioimpresión volumétrica con la técnica de electrowriting de fusión para reforzar los vasos sanguíneos impresos en 3D. Esto permite la creación de redes vasculares más robustas y funcionales, esenciales para la irrigación de tejidos y órganos complejos.
Estos avances en UMC Utrecht tienen como objetivo aumentar la aplicabilidad clínica de la bioimpresión, permitiendo un control más preciso sobre las interacciones celulares y la formación de tejidos. Su trabajo podría allanar el camino para la creación de andamios bioingenieriles que guíen el crecimiento celular y contribuyan a la fabricación de estructuras de órganos complejos para uso médico.
El Impacto de la Bioimpresión Volumétrica
Estos ejemplos ilustran el rápido progreso en el campo de la bioimpresión volumétrica. A medida que los investigadores continúan explorando nuevas técnicas y materiales, podemos esperar ver avances aún más significativos en la medicina regenerativa. La capacidad de crear tejidos y órganos personalizados y funcionales tiene el potencial de transformar el tratamiento de enfermedades y lesiones, mejorando la calidad de vida de millones de personas.
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La imagen destacada muestra la pose de Lena Stoecker y Miguel Dias Castilho frente a la impresora 3D de tejido en el laboratorio. Foto a través de Bart Van Overbeeke.
