Una plantilla de hielo de vasos sanguíneos impresa en 3D
Philip LeDuc et al./Universidad Carnegie Mellon
Se podrían crear órganos artificiales complejos imprimiendo en 3D un molde de venas, arterias y capilares en hielo, fundiéndolo en material orgánico y luego permitiendo que el hielo se derrita, lo que da como resultado una red delicada y hueca. Esto deja espacio para los intrincados vasos sanguíneos artificiales que se requieren para desarrollar órganos internos cultivados en laboratorio.
Los investigadores han estado trabajando en órganos artificiales durante décadas para ayudar a satisfacer la gran demanda mundial de trasplantes de corazones, riñones e hígados. Pero crear las redes de vasos sanguíneos necesarias para mantenerlos vivos sigue siendo un desafío.
Las técnicas existentes pueden hacer crecer piel u orejas artificiales, pero cualquier material de carne u órgano muere si se encuentra a más de 200 micrómetros de un vaso sanguíneo, dice Philip LeDuc en la Universidad Carnegie Mellon en Pensilvania.
“Es como el doble del ancho de un cabello; una vez superado eso, si no hay acceso a los nutrientes, las células empiezan a morir”, afirma. Por lo tanto, los órganos internos requieren nuevos procesos para que su fabricación sea barata y rápida.
LeDuc y sus colegas habían experimentado imprimiendo vasos sanguíneos con cera que se puede derretir, pero esto requiere temperaturas razonablemente altas y puede dejar residuos. “De repente, un día, mi alumno dice ‘¿por qué no utilizamos simplemente agua, el material biológicamente más compatible del mundo?'”, dice LeDuc. “Y yo digo ‘oh, sí’. Aun me hace reir. Es muy sencillo”.
Desarrollaron una técnica que utiliza impresoras 3D para crear un molde del interior de los vasos sanguíneos de un órgano en hielo. En las pruebas, estos se incrustaron en un material de gelatina que se endurece cuando se expone a la luz ultravioleta, antes de que el hielo se derritiera.
El equipo utilizó una plataforma enfriada a -35°C y una boquilla de impresora que dispensaba cientos de gotas de agua por segundo, permitiendo imprimir estructuras tan pequeñas como 50 micrómetros de ancho.
LeDuc dice que el proceso es conceptualmente simple pero necesita ajustarse perfectamente: dosifica gotas demasiado rápido y no se congelan lo suficientemente rápido y no logran crear la forma deseada, pero las imprimes demasiado lentamente y simplemente forman grumos.
El sistema también se ve afectado por el clima y la humedad, por lo que los investigadores están investigando utilizando inteligencia artificial para mantener la impresora adaptada a las diferentes condiciones.
También utilizaron una versión de agua en la que todo el hidrógeno se reemplaza por deuterio, un isótopo estable del elemento. Esta llamada agua pesada tiene un punto de congelación más alto y ayuda a crear una estructura suave evitando la cristalización no deseada. Las pruebas han demostrado que será seguro al crear órganos artificiales, ya que el deuterio no es radiactivo, a diferencia de algunos isótopos, dice LeDuc.
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