El crecimiento de órganos humanos funcionales fuera del cuerpo es un “santo grial” largamente buscado en la medicina de trasplantes de órganos y que sigue siendo difícil de alcanzar. El Instituto Wyss de Ingeniería Biológicamente Inspirada de Harvard y John A. Una nueva investigación de la Escuela Paulson de Ingeniería y Ciencias Aplicadas (SEAS) acerca esa búsqueda un gran paso más a su finalización.
Un equipo de científicos ha desarrollado un nuevo método para imprimir en 3D redes vasculares que consisten en vasos sanguíneos interconectados que tienen una “capa” distinta de células musculares lisas y células endoteliales que rodean un “núcleo” hueco a través del cual puede fluir líquido, similar al del ser humano. El tejido cardíaco está incrustado en su interior. . Esta arquitectura vascular imita fielmente los vasos sanguíneos naturales y representa un progreso significativo hacia la capacidad de crear órganos humanos implantables. El logro esta publicado. Contenido avanzado.
“En trabajos anteriores, desarrollamos un nuevo método de bioimpresión 3D para modelar canales huecos dentro de una matriz celular viva, conocido como “Escritura de sacrificio en tejido funcional” (SWIFT). SWIFT) que recrea la arquitectura de múltiples capas que se encuentra en los vasos sanguíneos nativos, es un El endotelio interconectado hace que sea más fácil de formar y más fuerte para resistir la presión interna del flujo sanguíneo”, dijo el primer autor Paul Stankey, estudiante graduado de SEAS en el laboratorio de Coe. – Jennifer Lewis, Sc.D., autora principal y miembro principal del cuerpo docente de Wyss.
La innovación clave desarrollada por el equipo fue una boquilla núcleo-cubierta única con dos canales de fluido controlables de forma independiente para crear los vasos impresos: una tinta de cubierta a base de colágeno y una tinta de núcleo a base de gelatina. La cámara central interna de la boquilla se extiende ligeramente más allá de la cámara de la carcasa, de modo que la boquilla puede perforar completamente un recipiente preimpreso para formar una red de ramas interconectadas para una oxigenación adecuada de los tejidos y órganos humanos. a través de la circulación sanguínea Al cambiar la velocidad de impresión o el caudal de tinta, se puede cambiar el tamaño del recipiente durante la impresión.
Para confirmar que el nuevo método Co-Swift funcionó, el equipo primero imprimió sus vasos multicapa en una matriz de hidrogel granular transparente. A continuación, imprimieron los vasos en una matriz desarrollada recientemente llamada uPOROS, un material poroso a base de colágeno que replica la estructura densa y fibrosa del tejido muscular vivo. Pudieron imprimir con éxito redes vasculares ramificadas en ambas matrices libres de células. Después de imprimir estos vasos biomiméticos, la matriz se calentó, lo que provocó que el colágeno de la matriz y la tinta de la cubierta se entrecruzaran y que la tinta del núcleo de gelatina de sacrificio se derritiera, lo que permitió eliminarla fácilmente y dar como resultado una vasculatura abierta y perfundible.
Pasando a materiales biológicamente más relevantes, el equipo repitió el proceso de impresión utilizando una tinta de concha a la que se le infundieron células de músculo liso (SMC), que comprenden la capa externa de los vasos sanguíneos humanos. Después de derretir la tinta del núcleo de gelatina, perfundieron células endoteliales (CE), que forman la capa interna de los vasos sanguíneos humanos, en su vasculatura. Después de siete días de perfusión, tanto las SMC como las CE estaban vivas y funcionando como paredes de los vasos: la permeabilidad de los vasos se redujo tres veces en comparación con los vasos sin CE.
Finalmente, estaban listos para probar su método dentro de tejido humano vivo. Crearon decenas de miles de bloques de construcción de órganos cardíacos (OBB), pequeñas esferas de células cardíacas humanas latentes, compactadas en una densa matriz celular. A continuación, utilizando Co-Swift, imprimieron una red de vasos biomiméticos en tejido cardíaco. Finalmente, quitaron la tinta de sacrificio y sembraron EC en la superficie interna de sus recipientes cargados con SMC. a través de Perfusión y su evaluación del desempeño.
Estos vasos biomiméticos impresos no solo mostraron la estructura característica de dos capas de los vasos sanguíneos humanos, sino que después de cinco días de perfusión con un líquido que imita la sangre, los OBB cardíacos comenzaron a latir sincrónicamente, lo que indica un tejido cardíaco sano y funcional. Los tejidos también respondieron a medicamentos cardíacos comunes: el isoproterenol los hizo latir más rápido y la blebbistatina los detuvo. El equipo incluso imprimió en 3D un modelo de la vasculatura ramificada de la arteria coronaria izquierda de un paciente real en el OBB, lo que demuestra el potencial de la medicina personalizada.
“Pudimos imprimir en 3D con éxito un modelo de la vasculatura de la arteria coronaria izquierda basado en datos de un paciente real, lo que demuestra la utilidad potencial de co-SWIFT para crear órganos humanos vascularizados específicos del paciente”, dijo Lewis, quien también Hansjörg Weiss, profesor de ingeniería de inspiración biológica en los mares
En trabajos futuros, el equipo de Lewis planea crear redes de capilares autoensamblados e integrarlas con redes de vasos sanguíneos impresas en 3D para replicar más completamente la estructura de los vasos sanguíneos humanos a microescala y mejorar la funcionalidad de los tejidos cultivados en laboratorio.
“La ingeniería de tejido humano vivo en el laboratorio no pretende ser difícil. Estoy orgulloso de la determinación y la creatividad que este equipo ha demostrado para demostrar que en realidad pueden producir mejores vasos sanguíneos en el tejido cardíaco humano vivo. Lo veo en pacientes “Esperamos seguir teniendo éxito en su búsqueda de algún día implantar tejido cultivado en laboratorio”, dijo el director fundador de Wyss, Donald Ingber, MD, Ph.D. Ingber también es Judah Folkman es profesor de biología vascular HMS y el Boston Children’s Hospital y Hansjörg Weiss, profesor de ingeniería de inspiración biológica En mares
Otros autores del artículo incluyen a Katharina Kroll, Alexander Einskopf, Daniel Reynolds, Alexander Elamine, Ben Fichtencourt y Sebastian Uzel. Este trabajo fue apoyado por el Programa de becas para profesores Vannevar Bush patrocinado por la Oficina de Investigación Básica del Subsecretario de Defensa para Investigación e Ingeniería a través de la Beca de Investigación Naval N00014-21-1-2958 y la Fundación Nacional de Ciencias a través de CELL-MET. ERC (#EEC-1647837).