¿Qué es la bioimpresión FRESH y cómo funciona?

¿Alguna vez te has imaginado esa idea de ciencia ficción de tratar las lesiones de un paciente en una cápsula de rejuvenecimiento flotante? El fenómeno que permite esta suspensión, la flotabilidad neutra, parece haber inspirado a los investigadores a encontrar una solución para imprimir en 3D con tintas blandas y similares a los líquidos, que tendrían muchas dificultades para mantener la fidelidad de impresión en el aire, ya que la gravedad las colapsaría. A pesar de que los fluidos de soporte a base de agua (como los que se usan en las cápsulas de flotación) nunca funcionarían con los hidrogeles a base de agua que se usan ampliamente en aplicaciones de ingeniería de tejidos, esta idea de la impresión 3D en un baño de soporte evolucionó para minimizar los efectos de la gravedad mediante el uso de materiales gelatinosos que pudieran mostrar de forma reversible comportamientos tanto sólidos como líquidos, lo que permite la deposición de hidrogel en su interior.

Este mes de noviembre, hemos explorado la bioimpresión «Freeform Reversible Embedding of Suspended Hydrogels» (FRESH), un método de bioimpresión por incrustación optimizado específicamente para la impresión de biotintas blandas y de baja viscosidad, similares a líquidos, que se usan mucho en aplicaciones de ingeniería de tejidos. En términos generales, puedes imaginarte la bioimpresión 3D con incrustación como una cámara de construcción llena de un material de soporte, dentro de la cual se depositan biomateriales y células en el espacio 3D mediante un extrusor basado en una jeringa. El método FRESH permite así imprimir hidrogeles biológicos sin modificar, como el colágeno tipo I y la MEC descelularizada, con biotintas de alta densidad cargadas de células para fabricar tejidos de ingeniería funcionales.

El principal reto técnico de este enfoque es desarrollar un material para el baño de soporte capaz de sujetar las estructuras impresas blandas a medida que se extruyen y se curan, sin dejar de permitir que la aguja de la extrusora se mueva con facilidad por el baño de soporte durante la impresión. En concreto, el requisito reológico del material del baño de soporte es que debe comportarse como un sólido por debajo de un umbral de esfuerzo cortante aplicado —es decir, la tensión de fluencia—, a partir del cual pasa de un comportamiento sólido a uno similar al de un líquido. Alrededor de la aguja, el comportamiento similar al de un líquido del baño de soporte (tensión de cizallamiento aplicada superior a la tensión de fluencia) permite que la aguja se mueva con facilidad. En cuanto la aguja se retira, el baño de soporte se solidifica de nuevo (tensión de cizallamiento aplicada inferior a la tensión de fluencia). La tensión de fluencia óptima del baño de soporte depende de los materiales que se estén imprimiendo, del diámetro y la longitud de la aguja, y de parámetros del proceso como la velocidad de impresión [1].

El método de impresión FRESH tiene varias ventajas destacadas. En primer lugar, su versatilidad. Aunque el método FRESH se describió originalmente utilizando un baño de soporte a base de gelatina [2], el desarrollo de diferentes baños ha permitido imprimir materiales blandos con una amplia variedad de mecanismos de gelificación (Figura 1). Además, como los agentes reticulantes se mezclan en el baño, el filamento de bio-tinta extruido queda inmediatamente expuesto al líquido por todos los lados, lo que inicia rápidamente un proceso de gelificación simultáneo. Esto contrasta con la impresión al aire, donde las formas de iniciar la gelificación son limitadas. En segundo lugar, el baño de soporte proporciona un entorno que evita la muerte celular y mantiene una alta viabilidad celular durante el proceso de impresión. Además del control de la temperatura, la parte acuosa del baño de soporte puede estar compuesta por medios de cultivo celular, factores de crecimiento o cualquier otra biomolécula destinada a proteger la supervivencia de las células. Como consecuencia, la tercera ventaja principal de la técnica es el tamaño de las estructuras que se pueden imprimir. Hasta la fecha, la mayoría de las estructuras de tejido bioimpresas en 3D han sido relativamente pequeñas en comparación con los tejidos u órganos a los que pretenden sustituir. FRESH ya se ha utilizado para crear un modelo físico a escala neonatal del corazón humano a partir de colágeno tipo I, basándose en datos de resonancia magnética [3]. Y los investigadores afirman que esta técnica tiene el potencial de convertirse en una tecnología de fabricación aditiva escalable capaz de producir tejidos a escala real a partir de datos anatómicos específicos de cada paciente.