Una bioimpresora 3D de alta velocidad podría cambiar las reglas del juego en el descubrimiento de fármacos

Ingenieros biomédicos de la Universidad de Melbourne dicen que han inventado una bioimpresora capaz de crear estructuras que imitan fielmente una variedad de tejidos del cuerpo humano, desde tejido cerebral blando hasta materiales más duros como cartílagos y huesos. Esta tecnología proporciona a los investigadores del cáncer una herramienta avanzada para replicar órganos y tejidos específicos, mejorando significativamente la capacidad de predecir y desarrollar nuevos tratamientos farmacéuticos, dicen los científicos, que con menos dinero allanarán el camino para el descubrimiento de fármacos más avanzados y éticos. La necesidad de realizar pruebas con animales.

El equipo publicó su trabajo en un estudio "impresión de interfaz dinámica" En Naturaleza,

“Aquí presentamos la impresión de interfaz dinámica, un nuevo enfoque de impresión 3D que aprovecha el límite aire-líquido restringido y modificado acústicamente para generar rápidamente estructuras 3D a escala de centímetros en decenas de segundos. "A diferencia del enfoque volumétrico, este proceso elimina la necesidad de sistemas de retroalimentación complejos, química especial u óptica compleja, manteniendo al mismo tiempo velocidades de impresión rápidas", escribieron los investigadores.

funcionalidad versátil

“Demostramos la versatilidad de esta tecnología en una amplia gama de materiales y geometrías complejas, incluidas aquellas que serían imposibles de imprimir con los métodos tradicionales capa por capa. Al hacerlo, demostramos la rápida fabricación de estructuras complejas in situ, la sobreimpresión, la paralelización estructural y la utilidad de la biofabricación.

“Además, demostramos que la creación de ondas superficiales en el límite aire-líquido permite el transporte de masa, mejora la flexibilidad del material y permite la formación de patrones de partículas en 3D. Por lo tanto, anticipamos que este enfoque será invaluable para aplicaciones donde se requiere alta resolución, rendimiento escalable e impresión biocompatible.

“Además de la enorme mejora en la velocidad de impresión, nuestro enfoque permite hasta cierto punto el posicionamiento de las células dentro de los tejidos impresos. "El posicionamiento inexacto de las células es una de las principales razones por las que la mayoría de las bioimpresoras 3D no logran crear estructuras que sean representaciones precisas del tejido humano", explica David Collins, PhD, profesor asociado y director del Laboratorio de Biomicrosistemas Collins de la Universidad de Melbourne en Australia. ".

“Así como un automóvil necesita que sus componentes mecánicos estén dispuestos con precisión para funcionar correctamente, las células de nuestros tejidos también deben estar dispuestas correctamente. Las bioimpresoras 3D actuales dependen de que las células se alineen naturalmente sin guía, lo que presenta limitaciones significativas.

La tecnología de laboratorio sobre partículas simplifica los ensayos unicelulares

Por otro lado, nuestro sistema utiliza ondas acústicas generadas por una burbuja vibrante para posicionar células dentro de estructuras impresas en 3D. Este método proporciona a las células el comienzo que necesitan para convertirse en los tejidos complejos que se encuentran en el cuerpo humano.

Enfoque de construcción lento, capa por capa

La mayoría de las bioimpresoras 3D disponibles comercialmente se basan en un enfoque de fabricación lento, capa por capa, lo que presenta varios desafíos, según Collins, quien señaló que este método puede tardar horas en finalizar, lo que hace que el proceso de impresión La viabilidad de las células vivas puede estar en riesgo. Además, una vez impresas, las estructuras celulares deben transferirse cuidadosamente a placas de laboratorio estándar para su análisis y obtención de imágenes, un paso delicado que corre el riesgo de comprometer la integridad de estas delicadas estructuras.

El equipo de investigación de la Universidad de Melbourne se centró en desarrollar un sofisticado sistema óptico, reemplazando la necesidad de un enfoque capa por capa. La tecnología utiliza burbujas vibratorias para imprimir estructuras celulares en 3D en segundos, lo que es aproximadamente 350 veces más rápido que los métodos tradicionales y permite a los investigadores replicar con precisión tejidos humanos con resolución celular.

Al reducir el tiempo de impresión 3D e imprimir directamente en placas de laboratorio estándar, el equipo pudo aumentar las tasas de supervivencia celular, al tiempo que eliminó la necesidad de manipulación física y garantizó que las estructuras impresas permanecieran intactas durante todo el proceso.

"Los biólogos reconocen el inmenso potencial de la bioimpresión, pero hasta ahora se ha limitado a aplicaciones de muy bajo rendimiento", afirmó Callum Vidler, estudiante de doctorado y autor principal del trabajo. “Hemos desarrollado nuestra tecnología para abordar esta brecha, brindando avances significativos en velocidad, precisión y estabilidad. Constituye un puente importante entre la investigación de laboratorio y las aplicaciones clínicas.

"Hasta ahora, hemos trabajado con casi 60 investigadores de instituciones como el Centro Oncológico Peter MacCallum, la Facultad de Medicina de Harvard y el Centro Oncológico Sloan Kettering, y la respuesta ha sido abrumadoramente positiva".