Desarrollan vasos sanguíneos bioimpresos que imitan el latido arterial

La bioimpresión de tejidos en 3D ha experimentado un notable avance en la última década. La comunidad científica ha conseguido desarrollar estructuras cada vez más complejas y parecidas a las reales. En el contexto de la tesis doctoral de la investigadora Uxue Aizarna, el Centro de Investigación Cooperativa en Biomateriales (CIC biomaGUNE) ha logrado imprimir vasos sanguíneos en 3D que reproducen con precisión la circulación de la sangre.

Dorleta Jiménez, responsable del grupo de Materiales Biofuncionales Híbridos del centro guipuzcoano, explica a SINC que "según la técnica y los materiales utilizados, es posible formar vasos sanguíneos de distintos tamaños y con diversas composiciones en sus paredes".

En este proyecto se han creado estructuras con un diámetro interno de unos 4 milímetros, similar al de una pequeña arteria muscular, una dimensión mayor que la de los capilares pero menor que la de la aorta.

Para crear un entorno biológico adecuado en la impresión de estos vasos sanguíneos, se utilizó gelatina metacrilada (GelMA) como base, un material derivado del colágeno que puede solidificarse al aplicarle luz. A esta biotinta se le añadió matriz extracelular natural, obtenida de arterias pulmonares de cerdo, con el objetivo de imitar el entorno que rodea a las células en los tejidos reales.

Esta combinación no solo mejoró la compatibilidad biológica, sino que también aporta las propiedades mecánicas necesarias para que el material sea imprimible y se comporte de forma similar a un tejido vivo, lo que facilita la integración celular y la funcionalidad del vaso artificial, indican los autores.

Imitar el pulso por luz

El Grupo de Materiales híbridos Biofuncionales nació de la idea de unir nanopartículas plasmónicas (que reaccionan a la luz) de oro con varios métodos de bioimpresión 3D. En un trabajo publicado en Journal of Materials Chemestry B observaron que la combinación de materiales termosensibles con estas nanopartículas podían dar un efecto dinámico a los vasos bioimpresos.

Aunque imprimir multimateriales en forma de cilindro y en altura incluyendo células vivas en una de las capas no es algo sencillo, este proyecto ha diseñado un material híbrido orgánico-inorgánico que pudiera ser imprimible y responder a fuentes de luz externas.

Así, este modelo dinámico reproduce la estructura de las arterias y responde a estímulos luminosos para imitar las contracciones que estas sufren en el cuerpo. "Estas fuerzas son indispensables en la interacción célula-célula y tienen relación con ciertas enfermedades", explica la doctora Jiménez.

Dificultades en el diseño

Los vasos sanguíneos tienen varias capas, son como un tubo de varias paredes y cada una tiene propiedades diferentes. La capa más interna llamada íntima es la que está en contacto con la sangre. En la capa media están las células de músculo liso, que ayudan a contraer y relajar el vaso. Y la capa más externa, la adventicia, protege y da soporte estructural al vaso sanguíneo.

Uno de los retos del equipo fue unir estas capas, ya que resultaba muy difícil imprimirlas a la vez. Gracias a la colaboración con dos laboratorios externos, pudieron adquirir y aplicar técnicas avanzadas de bioimpresión para resolver esta problemática.

Impresora de vasos sanguíneos./ CIC biomaGUNE

En el laboratorio del profesor Lorenzo Moroni (Universidad de Maastricht, Países Bajos), Uxue Aizarna aprendió a imprimir la estructura en baños de sacrificiales, un material similar a un gel que luego se retira, que permite imprimir materiales con poca viscosidad como la necesaria para la capa íntima.

Mientras que, en el laboratorio de Riccardo Levato (Universidad de Utrecht, Países Bajos), estudió una novedosa técnica de impresión volumétrica. Gracias a esta, se pudo formar toda la estructura al mismo tiempo, en vez de ir añadiendo capa por capa, ya que ofrece un soporte durante el proceso de impresión.

"En particular, la técnica de impresión volumétrica es ideal para la fabricación de estructuras más complejas, como válvulas para controlar el flujo de la sangre y bifurcaciones", explica Jiménez, mentora de la tesis doctoral de Aizarna.

Detección de enfermedades

Cuanto más realistas sean los modelos de órganos y tejidos, mejor se pueden entender las causas de diferentes enfermedades como por ejemplo la aterosclerosis. Sin embargo, los cultivos de células humanas suelen ser de una sola célula de espesor en placas de dos dimensiones, lo cual dista mucho de la complejidad de un tejido.

Ahora, la impresión 3D también tiene en cuenta las fuerzas mecánicas a las que se ven sometidos los vasos sanguíneos, lo que añade incluso una dimensión adicional, el tiempo. Tanto el método de impresión como las propiedades de los materiales empleados son muy importantes para poder fabricar tejidos de gran calidad de una manera rápida y precisa, por lo que este campo de investigación continúa innovando para conseguir cada vez mejores resultados, indican los expertos.

"Todavía estamos intentando mejorar el modelo incluyendo células epiteliales humanas, pero hemos conseguido avances significativos. Ahora estamos trabajando en modelos alveolares y de tejido cardiaco y nuestro foco son los modelos preclínicos", concluye Jiménez.

Referencia:

Uxue Aizarna-Lopetegui, Malou Henriksen-Lacey ORCID logo *ac and Dorleta Jimenez de Aberasturi et. al. "Remodeling arteries: studying the mechanical properties of 3D-bioprinted hybrid photoresponsive materials" Journal of Materials Chemestry B (2025)

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