21 de Julio de 2021
Medicina

Crean estructuras impresas en 4D que permiten la reparación del tejido adiposo en ratones

Estos materiales se degradan lentamente, mientras los adipocitos y otras células los sustituyen por tejido graso normal y se generan vasos sanguíneos.

Foto [iStock/Ugreen]

La impresión 3D es una de las estrategias más novedosas dentro del campo de la medicina regenerativa para regenerar o reparar diferentes tejidos. Esta técnica permite fabricar estructuras con diseños muy precisos, a escalas micrométricas, de forma reproducible. Sin embargo, durante mucho tiempo, este enfoque ha estado obstaculizado por múltiples requisitos.

Para que una estructura impresa en 3D sea útil en la reparación o regeneración de un tejido biológico este debe presentar las siguientes propiedades: debe ser biocompatible (no generar respuestas inmunitarias/inflamatorias notorias) y estable estructuralmente, además de dar apoyo mecánico al tejido en cuestión. También tiene que garantizar la supervivencia y el crecimiento de las células que lo aniden, permitir el desarrollo de vasos sanguíneos en su interior y carecer de efectos tóxicos.

En los últimos años, se ha ido más allá y se ha popularizado el concepto de materiales en 4D en los que, aparte de su impresión en 3D, se tiene en cuenta otro factor: su transformación a lo largo del tiempo. Estos materiales pueden hincharse, recuperar su forma original después de deformarse (memoria de forma) o degradarse de forma controlada a un ritmo definido para que las células vayan sustituyendo poco a poco la estructura implantada por un tejido normal.

Recientemente, investigadores de la Universidad de Birmingham y de Warwick (Reino Unido) han demostrado que sus estructuras impresas en 4D son capaces de reunir todos los requisitos anteriores y permiten el desarrollo de tejido adiposo en ratones. Los resultados, que se publican en la revista Nature Communicationsdetallan las propiedades de estas estructuras compuestas de policarbonato (un biomaterial termoplástico biodegradable), con memoria de forma. Esta plataforma de impresión con materiales 4D para fines biomédicos se encuentra patentada por la empresa 4D Biomaterials (spin-off de ambas universidades) y recibe el nombre de 4 DegraTM.

Las estructuras de policarbonato 4D se crearon a partir de tintas de resina que se imprimían mediante una técnica denominada estereolitografía. Básicamente, la estereolitografía consiste en el uso de luz para solidificar materiales a partir de procesos fotoquímicos en los que se producen enlaces de entrecruzamiento. A través de esta técnica, los investigadores podían personalizar numerosas características de las estructuras como su porosidad, su memoria de forma, su fuerza de expansión o su geometría. Los investigadores crearon estructuras con poros interconectados distribuidos de forma homogénea para permitir la difusión de oxígeno y nutrientes desde los tejidos de alrededor a las estructuras 4D una vez implantados.

Para evaluar cómo las células respondían a estos materiales en 2D y en 3D, se realizaron ensayos in vitro con células que se encuentran en el tejido graso como adipocitos, macrófagos (células inmunitarias) y fibroblastos (humanos y de ratón). Todas estas células se adherían a los materiales, proliferaban y se expandían a través de ellos. Ante estos hallazgos, el siguiente paso fue evaluar las estructuras en 4D tras su implantación en ratones.

A los dos meses, ya se detectaba cierta infiltración de células del tejido graso en la superficie erosionada del material impreso y también desarrollo de nuevos vasos sanguíneos. Por otra parte, no se observó que hubiera reacción evidente de cuerpo extraño por la inserción de este material en los ratones, un problema frecuente entre distintos biomateriales que son atacados por el sistema inmunitario y se quedan aislados por una gruesa cápsula de colágeno.

A los cuatro meses, persistía un 80 % del material implantado, lo que indica que su lenta velocidad de degradación en el cuerpo de los ratones puede permitir una sustitución progresiva por tejido graso normal. Además, solo se detectaba una mínima inflamación y una fina capa de colágeno. No se observaron efectos tóxicos por la degradación de las estructuras implantadas, ni liberación de diversos compuestos ácidos en este proceso, ni tampoco existía calcificación o muerte celular alrededor (necrosis).

La ventaja principal de estas estructuras de policarbonato con memoria de forma es su capacidad para implantarse en el cuerpo de forma menos invasiva; pues se pueden comprimir hasta un 85 % a la hora de introducirlo en el organismo sin alterar sus propiedades y se expanden totalmente una vez dentro. Esto permite rellenar huecos irregulares de tejidos blandos (como el graso) sin afectar a los tejidos de alrededor por una comprensión excesiva. En la práctica clínica, esto supondría incisiones quirúrgicas mucho más pequeñas para insertar este material o incluso laparoscopias, con una recuperación más rápida del paciente.

Entre las potenciales indicaciones cínicas de estas estructuras, destaca la reparación del tejido adiposo del pecho tras cirugías de cáncer de mama o para reparar otros problemas de deformidades con huecos de tejido blando en lugares como la cabeza, las extremidades, el cuello o el abdomen.

Esther Samper
Referencia: «4D polycarbonates via stereolithography as scaffolds for soft tissue repair», Andrew Weems et al. en Nature Communications, vol. 12, 3771, 5 de julio de 2021.

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