Bioprinting tiene la promesa de órganos de ingeniería a pedido. Ahora, los investigadores han resuelto uno de los principales cuellos de botella: cómo crear las finas redes de vasos sanguíneos necesarios para mantener vivos a los órganos.
Gracias a los rápidos avances en la fabricación aditiva y la ingeniería de tejidos, ahora es posible construir estructuras biológicas a partir de las células vivas de la misma manera que podría Impresión 3D un plano modelo. Y hay esperanzas de que este enfoque se pueda usar algún día para imprimir nuevos órganos para el Más de 100,000 personas en los Estados Unidos actualmente esperando un donante.
Sin embargo, la reproducción de las complejas redes de vasos sanguíneos ultrafinos que mantienen vivos los tejidos vivos han demostrado ser desafiantes. Esto ha restringido bioimpresión a estructuras más pequeñas donde los nutrientes esenciales y el oxígeno simplemente pueden difundirse en el tejido del entorno circundante.
Ahora, sin embargo, los investigadores de la Universidad de Stanford han desarrollado un nuevo software program para diseñar rápidamente una pink vascular o vascular para una amplia gama de tejidos. Y en un papel de Cienciamuestran que los tejidos bioprimidos que contienen estas redes aumentaron significativamente la supervivencia celular.
“Nuestra capacidad para producir órganos biomanufacturados a escala humana está limitada por la vascularización inadecuada”, escriben los autores. “Esta plataforma permite la generación de modelos vasculares rápidos y escalables y el análisis de física de fluidos para los tejidos biomanufacturados que son necesarios para la escala y la producción futura”.
Hasta la fecha, los ingenieros de tejidos han utilizado principalmente redes vasculares en forma de pink simples para apoyar las estructuras vivientes que diseñan. Estos funcionan para los tejidos con una baja densidad de células, pero no pueden satisfacer las demandas de estructuras más densas que imitan más de cerca los tejidos y órganos reales.
Los enfoques computacionales existentes pueden generar redes vasculares más realistas. Pero son extremadamente caros computacionalmente caros, a menudo tomando días para producir modelos para tejidos más complejos, y limitados en los tipos de tejidos con los que trabajan, cube el equipo de Stanford.
En contraste, su nuevo enfoque genera modelos de pink vasculares a escala de órganos para más de 200 estructuras de tejido de ingeniería y ingeniería. Crucialmente, fue más de 230 veces más rápido que los mejores métodos anteriores. Lo hicieron combinando cuatro algoritmos, cada uno responsable de resolver un problema diferente.
Típicamente, los algoritmos utilizados para crear este tipo de estructuras recalculan los parámetros clave en toda la pink cuando se agrega cada nueva sección. En cambio, el equipo de Stanford utilizó un algoritmo que congela y guarda valores para todas las ramas sin cambios en cada paso, reduciendo significativamente la carga de trabajo computacional.
Luego agregaron un algoritmo que rompe la estructura 3D en trozos más pequeños y más fáciles de modelar, lo que simplificó el trabajo con formas incómodas. Finalmente, combinaron esto con un algoritmo de evitación de colisión para evitar que los vasos ramificados se crucen y otro algoritmo para garantizar que cada recipiente esté siempre conectado a otro para asegurarse de que el sistema sea un circuito cerrado.
Los investigadores utilizaron este enfoque para crear redes vasculares eficientes para más de 200 modelos de estructuras de tejidos reales. También imprimieron 3D de algunas redes más simples para probar sus propiedades físicas e incluso bioprendieron una de ellas y mostraron que podría mejorar dramáticamente la viabilidad de las células vivas durante un experimento de siete días.
“La democratización de la representación digital de las redes de vasculatura podría transformar la biofabricación al permitir la evaluación de la eficiencia de perfusión antes de la producción en lugar de a través de un método de prueba y error intensivo en recursos”, escribieron los autores de un acompañante. Artículo de perspectiva en Ciencia sobre el nuevo enfoque.
Pero también notaron que es un gran salto de la simulación a la vida actual, y probablemente requerirá una combinación de enfoques computacionales y experimentos para crear árboles vasculares biológicamente factibles. Aún así, el enfoque es un avance significativo hacia el sueño de órganos imprimibles a pedido.
