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Vasos sanguíneos fabricados con impresión 3D

La creación de vasos sanguíneos modelo para ayudar en el estudio de enfermedades, tales como accidentes cerebrovasculares, puede ser complicado y costoso además de consumir mucho tiempo. Y los resultados no siempre pueden ser verdaderamente representativos de un vaso humano. Un equipo de investigación de la Universidad de Syracusa han diseñado un nuevo método para crear modelos de venas y arterias que es más eficiente, menos costoso y más exacto. Pranav Somany su equipo del Departamento de Biomédica e Ingeniería Química de la Facultad de Ingeniería y Ciencias de la Computación están creando canales vasculares utilizando impresoras 3-D

Una alternativa a instalaciones más complejas

“La mayoría de los enfoques para crear vasos sanguíneos han sido mezclar un hidrogel con células y factores de crecimiento apropiados con la idea de que sabrán automáticamente formar microvasos”, dice Soman, que es un miembro del Instituto de Biomateriales de Syracuse. “Lo hacen en forma de red y los vasos sanguíneos se forman al azar y no se conectan entre sí.” Para diseñar algo más complejo,  debe ser preparadoun molde para crear la forma exacta del vaso sanguíneo necesario para el estudio.

La impresión 3-D ha marcado ahora la diferencia en la fabricación. “Podemos utilizar la impresión en 3-D para crear el molde y utilizar ese molde para inyectar cualquier gel y células en cualquier forma que queramos”, dice Soman. La dificultad hasta ahora era que gran parte del trabajo normalmente se ha hecho en “cuartos limpios”, habitaciones que están controladas ambientalmente para evitar la contaminación y ultra-desinfectados. La Universidad de Syracuse no dispone de una habitación así, por lo que el trabajo tiene que ser hecho en otras universidades.

“Se necesita una gran cantidad de tiempo y esfuerzo para trabajar en una habitación limpia, y también es muy caro”, dice Soman. Ahora, con las impresoras Off-the-shelf 3-D que pueden costar entre 1.500 y 2.500 dólares dentro de una gama con la que básicamente se puede imprimir cualquier cosa que se desee, se puede hacer el trabajo en comparación con una habitación limpia que va a costar miles de dólares más.

Un avance importante es la capacidad de establecer múltiples capas de células en los canales. Normalmente, cuando se realizan estos chips microfluídicos vasculares, sólo tienen una capa de células. Pero los vasos sanguíneos dentro del cuerpo se componen de tres a cuatro tipos diferentes de células. Las células más internas, las células endoteliales, son las que entran en contacto con la sangre, pero las otras capas de las células ayudan a las células internas. Si hay una lesión o un coágulo de sangre, hay una reacción entera que tiene lugar entre estas células.

“Tenemos la capacidad de hacer dos, tres, cuatro capas de células con el mismo enfoque, lo que ahora puede capturar toda la dinámica de lo que sucede entre estos diferentes tipos de células y las células endoteliales,” dice Soman.

Hasta ahora, la mayoría de los chips utilizan sólo las células endoteliales y no tiene en cuenta lo que las otras células que las rodean pueden estar haciendo en el contexto de la formación de coágulos, o si hay lesiones o, simplemente, entender la función vascular fundamental. Por ejemplo, el colesterol comienza a quedarse en las arterias y las venas, y puede conducir a accidentes cerebrovasculares y ataques cardíacos. Si se pueden replicar las formas curvadas y ramificadas complejas de las arterias y ver donde el estrés puede residir en un área sobre otra, se puede comenzar a entender más sobre la enfermedad.

El siguiente paso, los huesos

Somán también está estudiando la relación entre los vasos sanguíneos y la formación de los huesos: uno de los mayores objetivos en su laboratorio es entender la formación de hueso. “Un hueso también requiere un suministro de sangre, por lo que si quiero construir un hueso, me gustaría hacer que los pequeños tubos de suministro de sangre y que lo llenan de oxígeno y otros nutrientes se puedan hacer crecer a gran escala en 3-D” dice somán.

“Así que un día podríamos utilizarlos potencialmente en seres humanos y reemplazar una pieza defectuosa del hueso por completo.”

Pero para hacer eso tenemos que entender la relación entre la formación ósea y el flujo sanguíneo. Este chip vascular nos permitirá estudiar la interacción entre el flujo de células de la sangre y vasculares y células óseas “.

Biofabrication, 8(2016) 035015. doi:10.1088/1758-5090/8/3/035015

Fuente: IOP Science

Paper descargable: “An in vitro vascular chip using 3D printing-enabled hydrogel casting” en  PSO.

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