Creación de un mini hígado mediante impresión 3D

A partir de células sanguíneas humanas,  investigadores brasileños han podido obtener organoides hepáticos, o minifiguras, capaces de realizar funciones orgánicas típicas, como la producción de proteínas vitales, la secreción y el almacenamiento de sustancias. El avance permite la producción de tejido hepático en el laboratorio en solo 90 días y en el futuro puede convertirse en una alternativa al trasplante de órganos.

El estudio, realizado en el Centro de Investigación de Genoma Humano y Células Madre ( CEGH-CEL ), un Centro de Investigación, Innovación y Difusión (CEPID) financiado por la FAPESP, en la Universidad de São Paulo (USP), combinó bioingeniería, como la reprogramación celular y la producción de células madre pluripotentes, con bioimpresión 3D. La estrategia permitió que el tejido producido por la impresora mantuviera la función hepática durante un período más largo que el trabajo previo de otros grupos.

“Todavía hay pasos a seguir hasta que tengamos un cuerpo completo, pero estamos en un camino muy prometedor. Es posible que en el futuro cercano, en lugar de esperar un trasplante de órgano, sea posible tomar la propia célula y reprogramarla para construir un nuevo hígado en el laboratorio. Otra ventaja importante es que, dado que son las propias células del paciente, la posibilidad de rechazo en teoría sería cero ”, dijo Mayana Zatz , coordinadora de CEGH-CEL y coautora del artículo publicado en Biofabrication .

La innovación del estudio es cómo incluir células en la biotinta utilizada para formar tejido en la impresora 3D. “En lugar de imprimir celdas individualizadas, hemos desarrollado una forma de agruparlas antes de imprimir. Son estos 'grupos' de células, o esferoides, los que forman el tejido y mantienen su funcionalidad durante mucho más tiempo ", explicó Ernesto Goulart , becario postdoctoral en el Instituto de Biociencias de la USP y primer autor del artículo.

Esto evita un problema común a la mayoría de las técnicas de bioimpresión de tejidos humanos: la pérdida gradual del contacto entre las células y, en consecuencia, de la funcionalidad del tejido.

En el estudio, la formación de esferoides se produce ya en el proceso de diferenciación, cuando las células pluripotentes se transforman en células de tejido hepático (hepatocitos, células vasculares y mesenquimales). “Comenzamos el proceso de diferenciación ya con las celdas agrupadas. Se cultivan en agitación y forman racimos espontáneamente ”, dijo Goulart.

Según los investigadores, el proceso completo, desde la recolección de sangre del paciente hasta la obtención de tejido funcional, se demora aproximadamente 90 días y se puede dividir en tres etapas: diferenciación, impresión y maduración.

Inicialmente, los investigadores reprograman las células sanguíneas para regresar a una etapa de pluripotencia característica de las células madre (células madre pluripotentes inducidas o iPS, una técnica que obtuvo el Premio Nobel de Medicina para el científico japonés Shinya Yamanaka en 2012). Luego inducen la diferenciación en las células hepáticas.

Los esferoides se mezclan con la biotinta, una especie de hidrogel, y se imprimen. Las estructuras resultantes experimentan un período de maduración en cultivo que dura 18 días.

“La deposición esferoide durante la impresión ocurre en tres ejes, lo cual es necesario para que el material gane volumen y para que el tejido sea soportado. Luego se realiza una reacción de reticulación para que la impresión, que tiene la consistencia de un gel, se endurezca hasta el punto de manipulación o incluso de sutura ”, dijo Goulart.

La mayoría de los métodos disponibles para imprimir tejido vivo utilizan inmersión y dispersión celular dentro de un hidrogel para recapitular el microambiente y la funcionalidad del tejido. Sin embargo, se ha demostrado que en la dispersión de célula a célula la tendencia es a la pérdida de contacto celular y funcionalidad.

“Es un proceso un poco traumático para las células, que necesitan tiempo para acostumbrarse al medio ambiente y ganar funcionalidad. En esta etapa, todavía no son un tejido, ya que están dispersas, pero como hemos visto, ya tienen la capacidad de desintoxicar la sangre y también de producir y secretar albúmina [proteína producida exclusivamente por el hígado], por ejemplo ", dijo Goulart a la Agencia FAPESP .

En el estudio, los investigadores desarrollaron los mini-hígados utilizando  células sanguíneas de tres voluntarios. Se compararon los marcadores relacionados con la funcionalidad, como el mantenimiento del contacto celular, la producción y liberación de proteínas. “Los esferoides funcionan mucho mejor que los obtenidos por dispersión de célula a célula. Como se predijo, durante la maduración, no tenían marcadores de función hepática reducidos ”, dijo.

Aunque el estudio se limitó a la producción de hígados en miniatura, Goulart cree que es posible producir órganos completos en el futuro que podrían ser trasplantados. "Lo hicimos en una escala mínima, pero con inversión e interés es muy fácil de escalar", dijo.

*Más información, en el siguiente enlace:

https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1758-5090/ab4a30

 

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This project has received funding from the European Union's Horizon 2020 research and innovation programme under grant agreement Nº 737882.


            

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