IMAGE: Cuerpos embrionarios artificiales con diferentes características que se fabricaron mediante impresión 3D. ver más
Crédito: SUTD
Todos los humanos parten de una sola célula que luego se divide para acabar formando el embrión. Dependiendo de las señales enviadas por sus células adyacentes, estas células divididas se desarrollan o diferencian en tejidos u órganos específicos.
En la medicina regenerativa, el control de esa diferenciación en el laboratorio es crucial, ya que las células madre podrían diferenciarse para permitir el crecimiento de órganos in vitro y reemplazar las células adultas dañadas, en particular las que tienen capacidades muy limitadas para replicarse, como el cerebro o el corazón.
Un enfoque común que adoptan los científicos al diferenciar las células madre es el uso de estimuladores químicos. Aunque este método es muy eficaz para crear un solo tipo de células, carece de la capacidad de reproducir la complejidad de los organismos vivos, donde varios tipos de células coexisten y colaboran para formar un órgano.
Alternativamente, inspirado en el proceso natural de desarrollo celular, otro método consiste en empaquetar las células madre en pequeños agregados celulares, o esferas llamadas cuerpos embrionarios. Al igual que en los embriones reales, la interacción célula-célula en los cuerpos embrionarios es el principal motor de la diferenciación. A partir de la producción de estos cuerpos embrionarios, se descubrió que parámetros como el número de células, el tamaño y la esfericidad del cuerpo embrionario influyen en los tipos de células que se producen.
Sin embargo, como los científicos no han podido controlar esos parámetros, han tenido que producir laboriosamente grandes cantidades de cuerpos embrionarios y seleccionar los específicos con características adecuadas para ser estudiados.
Para afrontar este reto, investigadores de la Universidad de Tecnología y Diseño de Singapur (SUTD) recurrieron a la fabricación aditiva para controlar la diferenciación de las células madre en los cuerpos embrionarios. Su estudio de investigación se ha publicado en Bioprinting.
Adoptando un enfoque multidisciplinar mediante la combinación de los dominios de investigación de la fabricación 3D y las ciencias de la vida, la estudiante de doctorado Rupambika Das y el profesor adjunto Javier G. Fernández imprimieron en 3D varios dispositivos físicos a microescala con geometrías finamente ajustadas. Utilizaron los dispositivos para demostrar una precisión sin precedentes en la diferenciación dirigida de células madre mediante la formación de cuerpos embrionarios (véase la imagen). En su estudio, regularon con éxito los parámetros para mejorar la producción de cardiomiocitos, células que se encuentran en el corazón.
«El campo de la fabricación aditiva está evolucionando a un ritmo inigualable. Estamos viendo niveles de precisión, velocidad y coste que eran inconcebibles hace sólo unos años. Lo que hemos demostrado es que la impresión 3D ha alcanzado el punto de precisión geométrica en el que es capaz de controlar el resultado de la diferenciación de las células madre. Y al hacerlo, estamos impulsando la medicina regenerativa para que siga avanzando al ritmo acelerado de la industria de la fabricación aditiva», dijo el investigador principal, el profesor adjunto Javier G. Fernández, del SUTD.
«El uso de la impresión 3D en biología se ha centrado mucho en la impresión de tejidos artificiales utilizando células cargadas, para construir órganos artificiales ‘pieza a pieza’. Ahora, hemos demostrado que la impresión 3D tiene el potencial de ser utilizada en un enfoque bioinspirado en el que podemos controlar las células para que crezcan en un laboratorio al igual que crecen in vivo», añadió el primer autor Rupambika Das, estudiante de doctorado de SUTD.