Los avances en bioingeniería siguen moviendo la aguja entre la realidad y la ciencia ficción. Desde la edición genética con el sistema CRISPR-Cas y el cultivo de organoides funcionales en placas de Petri hasta células cerebrales en microchips, los científicos continúan sorprendiéndonos con inventos de vanguardia.
Ahora, por primera vez, investigadores del Departamento de Física de la Materia Condensada del Instituto Jožef Stefan en Liubliana, Eslovenia, han establecido un método para imprimir en 3D estructuras microscópicas dentro de células humanas vivas. Para demostrar el detalle y la versatilidad de la tecnología, imprimieron un pequeño elefante, junto con otros objetos geométricos microscópicos y códigos de barras para etiquetar células, en el interior de una célula.
En su estudio, publicado en Advanced Materials, el equipo demostró que las estructuras se pueden imprimir directamente dentro de las células vivas, y que las células permanecieron viables y continuaron dividiéndose a pesar de contener objetos extraños. Este experimento de prueba de concepto podría allanar el camino para que máquinas y dispositivos microscópicos integrados directamente en las células comprendan mejor cómo funcionan e incluso mejoren las propiedades celulares.
“Nuestro método proporciona una nueva herramienta para manipular células vivas desde el interior, lo que permite un nuevo enfoque para estudiar sus respuestas mecánicas y biológicas”, dijo en un comunicado de prensa la coautora del estudio Maruša Mur, investigadora del Instituto Jožef Stefan.
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Impresión 3D de estructuras microscópicas para biología celular
Aunque la tecnología de impresión 3D surgió en la década de 1980, solo ganó fuerza mundial en la última década, y hoy en día algunas personas incluso poseen impresoras 3D en sus hogares. Más allá del emprendimiento privado, la impresión 3D se ha convertido en una herramienta indispensable en múltiples industrias y campos científicos.
En biología, la impresión 3D se practica principalmente a escala microscópica. Para lograr resoluciones precisas de los objetos impresos, los técnicos utilizan la polimerización de dos fotones (TPP), donde los técnicos tratan una resina fotosensible con un láser preciso, produciendo objetos de hasta 100 nm de tamaño.
Si bien los investigadores ya han utilizado esta técnica para imprimir pequeños armazones u objetos para apoyar la curación de tejidos, que luego se incrustan en las células, nadie había intentado nunca imprimir directamente dentro de las células vivas. Por lo tanto, el equipo de investigación esloveno vio la oportunidad de sentar las bases de una innovadora herramienta de bioingeniería intracelular que podría usarse para innumerables aplicaciones.
Impresión 3D dentro de una célula viva
Los investigadores probaron su técnica en células HeLa vivas, células cancerosas humanas que pueden dividirse indefinidamente, lo que las hace muy populares en la investigación biomédica. Insertaron una gota de una fotorresina biocompatible en la celda y luego polimerizaron la resina en la forma 3D deseada utilizando un láser.
La resina que no se transformó se disolvió lentamente y la estructura polimerizada permaneció dentro de la célula. Utilizando esta técnica, el equipo imprimió varias estructuras, incluidas estructuras de códigos de barras para etiquetar celdas, formas parecidas a pilas de leña y otras formas geométricas. En particular, pudieron imprimir un elefante de 10 micrómetros, mostrando el impresionante detalle de la tecnología.
Después de demostrar con éxito por primera vez la impresión 3D dentro de células vivas, el equipo también quiso comprobar cómo los objetos afectan la viabilidad celular. Informaron de cómo las células mantuvieron las estructuras dentro de su interior y no las rechazaron, pero también cómo las células continuaron viviendo e incluso dividiéndose, pasando el objeto a una de las células hijas.
Mejorando las células vivas en el futuro
A pesar de la etapa inicial de la técnica, este experimento de prueba de concepto demostró lo que es posible y puede conducir a nuevas aplicaciones en biomecánica, bioelectrónica e incluso administración dirigida de fármacos.
Algún día, los investigadores podrían desarrollar la tecnología para imprimir pequeñas máquinas o dispositivos dentro de células vivas para ampliar nuestro conocimiento de las funciones biológicas o crear células similares a cyborgs con capacidades avanzadas, expandiendo la ingeniería celular más allá de los límites naturales actualmente conocidos.
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