Un nuevo software diseña redes vasculares a escala de órgano en minutos para la bioimpresión 3D

Recrear órganos humanos mediante bioimpresión 3D sigue siendo uno de los grandes desafíos de la medicina regenerativa. Aunque los avances en impresión multicelular han sido notables, el cuello de botella persiste: diseñar y fabricar redes vasculares que aseguren el suministro de oxígeno y nutrientes en estructuras complejas y a gran escala.

Ahora, un grupo de investigadores liderado desde la Universidad de Stanford y Carnegie Mellon ha desarrollado una plataforma que permite generar en minutos —y no en días— redes vasculares sintéticas adaptadas a la geometría de cualquier tejido u órgano. Este sistema combina algoritmos de optimización, simulación fluídica y modelado computacional, y puede integrarse directamente en procesos de bioimpresión.

Más allá de los modelos simples

Las redes vasculares diseñadas hasta ahora para tejidos artificiales solían adoptar formas regulares y simples, como cuadrículas, que no reproducen bien el flujo sanguíneo real. Estas limitaciones son aceptables para cultivos con baja densidad celular, pero insuficientes cuando se pretende alcanzar concentraciones más realistas, como las de un corazón o un hígado funcional.

El nuevo sistema supera estas barreras gracias a una combinación de algoritmos que permiten simular, optimizar y fabricar redes tridimensionales jerárquicas similares a las naturales. En pruebas de laboratorio, los autores generaron modelos vasculares para más de 200 tejidos y órganos sintéticos, incluyendo formas anatómicas complejas como un corazón biventricular, logrando estructuras de hasta un millón de vasos con diámetros que oscilan entre 1,2 milímetros y 5 micrómetros.

Impresión y viabilidad mejoradas

Las redes diseñadas con esta plataforma se probaron con éxito en biotintas celulares usando tecnologías de impresión como FRESH (Freeform Reversible Embedding of Suspended Hydrogels). Al perfundir tejidos vivos con estas redes vasculares artificiales, la viabilidad celular en el núcleo del tejido fue 417 veces superior a la de los controles sin vasculatura.

Además, el sistema incorpora simulaciones automáticas multifidelidad: utiliza modelos 3D detallados para vasos grandes y cálculos simplificados para vasos pequeños, lo que permite analizar de forma eficiente el flujo, la presión y la distribución de nutrientes en toda la red antes de imprimir.

Colaboración con enfoque cardíaco

Uno de los centros participantes es el Children's Heart Center, especializado en anatomía cardíaca infantil. Aunque el artículo no detalla su papel específico, varios de los modelos vasculares generados reproducen estructuras complejas como corazones biventriculares, lo que sugiere posibles aplicaciones en tejido cardíaco.

Perspectiva: más allá del diseño geométrico

Según el comentario de expertos publicado junto al artículo, esta tecnología podría transformar la biofabricación al permitir prever el rendimiento de las redes antes de imprimirlas, evitando costosos ensayos por ensayo y error. No obstante, recuerdan que las funciones vasculares no se limitan al transporte: también responden a estímulos mecánicos, remodelan su estructura y cambian según las necesidades del tejido.

Por ello, integrar modelos biológicos más complejos, como la angiogénesis o el comportamiento dinámico de las células endoteliales, será crucial. Combinando simulación, impresión y aprendizaje automático, los científicos podrían acercarse a diseños vasculares más adaptativos, capaces de evolucionar junto con los tejidos que nutren. Además, esta plataforma abre la puerta a simular enfermedades vasculares y probar tratamientos personalizados antes de llevarlos a la clínica.

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