11/08/2020
IMPRESIÓN 3D DE PIEL HUMANA SIN USO DE SCAFFOLD
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COMO SABEMOS, EN LAS ULTIMAS DÉCADAS SE ESTÁN DESARROLLANDO GRANDES AVANCES EN LA INGENIERÍA DE TEJIDOS, Y LA PIEL HUMANA NO HA SIDO LA EXCEPCIÓN.
DESDE 1975 EN QUE SE CULTIVARON LOS PRIMEROS QUERATINOCITOS (CÉLULAS DE LA EPIDERMIS), SE HAN VENIDO DESARROLLANDO DESDE SUSTITUTOS EPIDERMICOS HASTA ESPESORES COMPLETOS DE PIEL UTILIZANDO CÉLULAS EPITELIALES, PERO CON EL APOYO DE MOLDES O ANDAMIOS COMO SOPORTE (SCAFFOLD).
PARA ESTOS MOLDES SE UTILIZABAN COLÁGENO, GLICOSAMINOGLICANOS Y FIBRINA, INCLUSO SE UTILIZÓ MATRIZ DESCELULARIZADA DE PIEL HUMANA (CADÁVERES Y DONANTES). ADEMAS DE SE LES ADICIONÓ QUERATINOCITOS, CON EL FIN DE PRESERVAR UNA ESTRUCTURA SIMILAR A LA PIEL.
A PESAR DE ESTOS INTENTOS, LA IMPRESIÓN DE PIEL HUMANA SIN SCAFFOLDS NO HABÍA SIDO POSIBLE. SIN EMBARGO, CON LAS NUEVAS TECNOLOGÍAS DE MAQUINAS DE BIOIMPRESION 3D, SE PUEDE IMPRIMIR ESTRUCTURAS MUY SIMILARES A LA PIEL HUMANA, UTILIZANDO LAS HERRAMIENTAS COMO LOS INYECTORES DE BIOTINTAS, BIOEXTRUSIÓN, LASER,ETC.
EN ESTE ARTICULO Y EN FORMA DE CONTRIBUIR CON LOS AVANCES EN INGENIERÍA DE TEJIDOS, EL AUTOR REALIZA LA IMPRESIÓN COMPLETA DE UN TEJIDO CASI IDÉNTICO A LA PIEL, UTILIZANDO BIOTINTAS COMO ALGINATO, GELATINA Y FIBRINÓGENO. ASÍ MISMO, UTILIZÓ UNA IMPRESORA ABIERTA 3D DISEÑADA POR EL AUTOR Y COLABORADORES, LA CUAL CUMPLE CON LOS ESTÁNDARES DE CALIDAD DE LABORATORIO.
EL PRODUCTO OBTENIDO ES UN TEJIDO QUE TIENE DERMIS Y EPIDERMIS, MUY SIMILAR A UNA PIEL NORMAL EN COMPOSICIÓN Y ESTRUCTURA. FINALMENTE SE OBSERVA LA FORMACIÓN DE UNA OREJA COMO EJEMPLO DE TEJIDO PRODUCIDO.
MÉTODOS, RESULTADOS Y DISCUSIONES:
PARA LOGRAR QUE LAS BIOTINTAS TENGAN EL EFECTO DESEADO EN EL TEJIDO, SE ENFOCÓ EN LA SOLUBILIZACION DE TEMPERATURA DE LOS COMPONENTES (BIOTINTAS), LA TEMPERATURA DE IMPRESIÓN Y LAS CONDICIONES POST-TRATAMIENTO.
BIOTINTAS:
LA FORMULACIÓN DE BIOTINTAS TIENEN 3 PROPÓSITOS EN LA BIOIMPRESIÓN 3D:
1.- MANTENIMIENTO DE LA REOLOGIA DEL GEL DURANTE EL PROCESO DE EXTRUSIÓN.
2.- CONSOLIDACIÓN DE OBJETO DE IMPRESIÓN POST PROCESAMIENTO.
3.- ORGANIZACIÓN DE LA RED CELULAR TRIDIMENCIONAL PARA LA MADURACIÓN DEL TEJIDO.
-LA GELATINA ES UN POLÍMERO BASADO EN COLÁGENO CON FASE DE TRANSICIÓN A 35 C, FUE USADO COMO COMPONENTE REOLÓGICO QUE LE DA RESISTENCIA AL TEJIDO UNA VEZ IMPRESO EN UN SUSTRATO ENFRIADO, MANTENIENDO LA SOLUBILIDAD Y PARA LUEGO SER ELIMINADO.
-EL ALGINATO ES UN POLÍMERO BASADO EN CARBOHIDRATOS CON LA HABILIDAD DE FORMAR HIDROGEL EN LA PRESENCIA DE CALCIO Y ES USADO COMO COMPONENTE ESTRUCTURAL, PUES QUE LE DA A LAS BIOTINTAS IMPRESAS, UNA ESTABILIDAD MECÁNICA CUANDO LA GELATINA SE SOLUBILIZA.
-EL FIBRINÓGENO ES UNA GLICOPROTEINA CON HABILIDAD PARA FORMAR HIDROGEL, QUE AYUDA A LA MADURACIÓN Y CONSOLIDACIÓN ESTRUCTURAL, GRACIAS A LA ADHESIÓN CELULAR .
CÁLCULOS DE LA IMPRESIÓN 3D
LA IMPRESIÓN DE BIOTINTAS CON CÉLULAS (FIBROBLASTOS), PERMITIÓ EN EL PRODUCTO IMPRESO, UNA DISTRIBUCIÓN DE CÉLULAS A UNA DISTANCIA DE 85 uM, ± 25 ENTRE ELLOS. POSTERIORMENTE Y LUEGO DE 7 DÍAS DE CULTIVO, YA HABÍA UNA HOMOGENEIDAD Y AUMENTO DE LA DENSIDAD CELULAR EN EL TEJIDO IMPRESO.
PARA CORROBORAR LAS CARACTERÍSTICAS QUE PERMITIERON LA VIABILIDAD DE LAS CÉLULAS IMPRESAS EN LAS BIOTINTAS: SE RE REALIZARON EL CÁLCULOS DE PARÁMETROS IMPORTANTES COMO CÁLCULOS REOLOGICOS Y EL ESTRÉS DE CORTE.
*REOLOGIA: PARTE DE LA FÍSICA QUE ESTUDIA LA DEFORMACIÓN Y EL FLUIR DE LA MATERIA.
A CONTINUACIÓN SE MUESTRA LA FORMULA UTILIZADA.
τw =ηγw
DONDE:
τw: ESTRÉS DE CORTE.
γw: VELOCIDAD DE CORTE EN LA PARED DE LA BOQUILLA DE EXTRUSIÓN(1/s).
η: VISCOCIDAD DE BIOTINTA(Paxs).
ES IMPORTANTE MENCIONAR QUE EL IMPACTO DE ESTE ESTRÉS CORTANTE SOBRE LA VIABILIDAD DE LAS CÉLULAS SE VIO EN VALORES MAYORES A 5000 PASCALES. EN EL PRESENTE TRABAJO SE UTILIZARON VALORES MUCHO MENORES COMO 11.61 Pa EN LA PARTE SUPERIOR DE LA BOQUILLA DE IMPRESIÓN Y 50.38 Pa EN LA PARTE INFERIOR. SIN EMBARGO, ES IMPORTANTE MENCIONAR QUE SE LOGRARON ESTOS VALORES DE CORTE GRACIAS A UNA BAJA TASA DE IMPRESIÓN (0.183 MM3/S) Y SOBRE TODO A LAS PROPIEDADES REOLOGICAS DE LAS BIOTINTAS A 28 ͦ C.
PRODUCTOS ELABORADOS Y TÉCNICAS DE DETECCIÓN:
SE PRODUJERON TEJIDOS DÉRMICOS DE 1 X 1 X 0.5 CM MEDIANTE IMPRESIÓN 3 D, UTILIZANDO FIBROBLASTOS HUMANOS (DONANTES) JUNTO CON LAS BIOTINTAS. POSTERIORMENTE SE COLOCARON EN MEDIOS DE CULTIVOS Y SE SEMBRARON ENCIMA CÉLULAS EPIDÉRMICAS DE UN DONANTE HUMANO DE 1 AÑO DE EDAD.
DERMIS:
SE ANALIZARON LAS DIFERENCIAS ENTRE IMPRIMIR BIOTINTAS CON FIBROBLASTOS Y BIOTINTAS SOLAS. PARA ESTO SE UTILIZO TINCIÓN DE TRICRÓMICA DE MASSON EN EL TEJIDO BIOIMPRESO. ESTA TINCIÓN MOSTRABA QUE 12 DIAS DESPUES DE SER CULTIVADOS, EL TEJIDO IMPRESO QUE TENIA FIBROBLASTOS PRODUCÍA MATRIZ EXTRACELULAR Y SUS CÉLULAS SE DISTRIBUÍAN POR TODO EL TEJIDO E INCLUSO EN LA SUPERFICIE, LO CUAL TAMBIÉN SERVIA PARA QUE SE ADHIERAN LOS QUERATINOCITOS LUEGO DEL SEMBRADO. POR OTRA PARTE, EL TEJIDO IMPRESO QUE NO TENIDA FIBROBLASTOS Y SOLO BIOTINTAS, NO TUVO CELULARIDAD IDENTIFICADA.
ADICIONAL MENTE EN LA DERMIS SE ENCONTRÓ POR INMUNOHISTOQUIMICA: COLAGENO I Y V, VIMENTINA, FIBRILINA Y ELASTINA, COMPATIBLES CON RECONSTRUCCIÓN COMPLEJA Y REMODELACIÓN EN LA PIEL IMPRESA CULTIVADA. TAMBIÉN SE ENCONTRÓ COLÁGENO ENTRELAZADO CORRECTAMENTE Y ABUNDANTE ELASTINA SOLUBLE. ASI MISMO EN LA UNIÓN DERMO-EPIDERMICA SE ENCONTRÓ DISTRIBUCIÓN CORRECTAMENTE LINEAL DE LAMININA 332 CORROBORÁNDOSE LA FUNCIONALIDAD DE DICHA UNIÓN ENTRE DERMIS Y EPIDERMIS.
EPIDERMIS:
LA EPIDERMIS DESARROLLADA POSTERIOR A LA SIEMBRE DE QUERATINOCITOS, PRESENTABA MARCADORES KI67, CITOQUERATINA 10 Y FILAGRINA, TÍPICOS DE PROLIFERACIÓN Y DIFERENCIACIÓN EPIDÉRMICA, CONCEDIÉNDOLE LAS PROPIEDAD PROTECTORAS DEL ESTRATO CORNEO.
ASÍ MISMO MEDIANTE MICROSCOPIA ELECTRÓNICA SE OBSERVO QUE LOS QUERATINOCITOS DESARROLLARON DESMOSOMAS Y GRÁNULOS DE QUERATINA EN SU CITOPLASMA CONFIRIÉNDOLE SUS PROPIEDADES DE EXTRATIFICACIÓN Y DE BARRERA. ADEMAS A NIVEL DE LA MEMBRANA BASAL SE ENCONTRÓ LAMINA LUCIDA Y LAMINA DENSA COMO EN LA PIEL HUMANA, ADEMAS DE HEMIDESMOSOMAS QUE ANCLAN LAS CÉLULAS BASALES A LA MEMBRANA BASAL.
PRODUCTO FINAL:
DESPUÉS DE 26 DÍAS Y POSTERIOR A LA SIEMBRA DE QUERATINOCITOS, SE OBSERVO QUE; LA DERMIS MÁS ELABORADA Y LA EPIDERMIS ESTRATIFICADA, TENÍAN UNA CONFIGURACIÓN COMPATIBLE CON LA DE LA PIEL HUMANA. SIN EMBARGO, EN LA TINCIÓN TRICROMICA DE MASSON AUN EXISTÍAN DIFERENCIAS, DEBIDO A QUE LA PIEL IMPRESA ES INMADURA Y TIENE MENOR CANTIDAD DE MATRIZ EXTRACELULAR EN DERMIS RESPECTO A LA PIEL HUMANA NORMAL. ASÍ MISMO LA PIEL IMPRESA CONTIENE SOLAMENTE FIBROBLASTOS Y LA PIEL HUMANA NATURAL CONTIENE MUCHAS OTRAS CÉLULAS ESPECIALIZADAS PROPIAS DE LA MADURACIÓN.
FINALMENTE SE PRODUJO UN TEJIDO DE IMPRESION COMPLETO, SIMULANDO UNA POSIBLE PRODUCCION A ESCALA INDUSTRIAL. EN ESTE CASO SE TRATÓ DE UNA OREJA DE ADULTO, LA CUAL MEDIA 8 CM. ESTE TEJIDO SE CULTIVÓ EN MEDIO D-MEM (DULBECCO´S MODIFIED EAGLE MEDIUM) Y SIGUIÓ LOS PATRONES DE MADURACIÓN VISTAS EN LOS TEJIDOS PREVIAMENTE DESCRITOS.
CONCLUSIONES:
EN EL PRESENTE ARTICULO SE DESCRIBE UNA TÉCNICA DE IMPRESIÓN Y USO DE BIOTINTAS, SIN NECESIDAD DE UN SOPORTE O SCAFFOLD, Y ELABORADA DE CÉLULAS HUMANAS PARA CONSEGUIR TEJIDO DE PIEL HUMANA IMPRESA MUY SIMILAR A LA PIEL HUMANA NATURAL.
LA DERMIS DE 5MM DE ESPESOR SE IMPRIMIÓ EN CUESTIÓN DE MINUTOS, LO CUAL ES UNA VENTAJA DESDE DEL PUNTO DE VISTA DE PRODUCCIÓN A ESCALA INDUSTRIAL.
AL IMPRIMIR CON PRECISIÓN: MATERIALES BIOLÓGICOS, BIOQUÍMICOS Y CÉLULAS; ESTA TÉCNICA OFRECE VENTAJAS SIGNIFICATIVAS RESPECTO A MÉTODOS CONTEMPORÁNEOS, PUES PERMITE LA IMPRESIÓN DE TEJIDOS DE ALTA COMPLEJIDAD. ASÍ MISMO NO SE LIMITA A LOS BIOMATERIALES DESCRITOS (BIOTINTAS Y CÉLULAS TIPO FIBROBLASTOS), SINO QUE PERMITIRÍAN INTEGRAR OTROS TIPOS DE CELULAS COMO; CELULAS ENDOTELIALES, ADIPOCITOS, MELANOCITOS, ETC, CON EL FIN DE IMITAR UN TEJIDO MUY COMPLEJO COMO LA PIEL HUMANA.
NOTA: ES IMPORTANTE QUE ESTE TIPO DE TECNOLOGÍAS SEAN DESARROLLADAS EN NUESTRO PAÍS Y SE CUENTE CON LA COLABORACIÓN DE DIFERENTES PROFESIONALES DE LA SALUD E INVESTIGADORES, PUES LA INGENIERIA DE TEJIDOS COMO PARTE DE LA BIOTECNOLOGÍA ES MULTIDICIPLINARIA. ASI MISMO, ESTO PERMITIRÍA CUBRIR LOS DEFICITS DE TEJIDOS Y ÓRGANOS HUMANOS NECESARIOS EN LOS TRASPLANTES DE NUESTROS PACIENTES.
DR. JOAN PEDRAZA
PATOLOGÍA Y LABORATORIO CLÍNICO
REVISA EL ARTICULO COMPLETO AQUÍ:
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adhm.201601101
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