En tecnología biomédica, la ingeniería de tejidos para la producción ex vivo de piel u órganos es cada vez más importante. Esto requiere microfibras biocompatibles con microcápsulas cerradas de tamaño y forma controlados, ya que las células utilizadas para la ingeniería de tejidos deben estar incrustadas en un material que sea lo más similar posible a la disposición natural in vivo.
Hasta ahora, la producción de dichas fibras a bajo rendimiento ha sido bastante costosa y lenta. Investigadores de la Universidad Tecnológica de Graz (TU Graz) ahora han desarrollado un nuevo método para producir microfibras con las propiedades deseadas que se pueden usar en productos farmacéuticos y biomédicos, y que proporciona rendimientos significativamente más altos que los métodos anteriores y requiere mucho menos esfuerzo de producción.
«Las posibilidades para la detección de células, la construcción de tejidos y, finalmente, la producción de órganos que esto abre pueden ser de gran beneficio en muchas disciplinas«
En un artículo publicado en Physical Review Applied, Carole Planchette y su equipo del Instituto de Mecánica de Fluidos y Transferencia de Calor de TU Graz explican cómo su desarrollo puede producir varios metros de esta microfibra en segundos. Los métodos actuales logran como máximo unos pocos centímetros en el mismo período de tiempo.
Esta aceleración ha sido posible al alejarse de la producción de microfibras en un ambiente líquido usando chips microfluídicos a una producción que es posible en aire estéril de la habitación. Como resultado, se redujeron considerablemente los pasos necesarios del proceso, así como los costos, y se minimizaron las posibles fuentes de errores y bloqueos.
Las gotas se encuentran con el chorro de líquido
En el nuevo método, se combina una corriente regular de gotas que contienen células o sustancias activas con un chorro líquido de solución acuosa de ácido algínico. El ácido algínico obtenido de las algas pardas forma al contacto con los cationes de calcio un hidrogel elástico llamado alginato, similar al proceso comúnmente utilizado en la cocina molecular para formar perlas de caviar.
Este hidrogel es totalmente biocompatible y también evita que las gotas incrustadas se fusionen. Por lo tanto, para curar la corriente de solución de ácido algínico, se inyecta continuamente una segunda corriente con cationes de calcio en la parte superior. La fibra resultante, que se puede cultivar a una velocidad de hasta 5 metros por segundo, se puede recolectar simplemente en una plataforma giratoria. Todos estos pasos tienen lugar al aire y no en la producción de microfluidos líquidos como hasta ahora.
La integración de las células en la microfibra, el siguiente paso
En unos pocos años, debería ser posible producir un conjunto de fibras que imiten la piel a partir de células humanas utilizando este nuevo método. La integración de las células en la microfibra es el próximo paso para Planchette y su equipo. El resultado esperado podría ser, por ejemplo, de gran ayuda para las víctimas de quemaduras, ya que se podría producir piel nueva y personalizada para trasplante a partir de las células de la piel intactas del propio paciente en muy poco tiempo.
En esta perspectiva, los investigadores de TU Graz están trabajando junto con la Universidad Médica de Graz en la investigación sobre la producción de piel artificial. Mirando mucho más hacia el futuro, ciertamente más de diez años, algún día también será posible producir órganos artificiales utilizando esta microfibra.
Reemplazo de las pruebas con animales
Además de la ingeniería de tejidos, el método de producción nuevo y más rápido abre otras áreas de aplicación para la microfibra biocompatible, como la detección de células. En un futuro próximo, será posible probar nuevas moléculas en busca de agentes médicos mucho más extensamente en las células para determinar si son tóxicas o en qué punto lo son.
Debido a la longitud de fibra disponible, se pueden probar diferentes temperaturas o concentraciones en una sola tirada. Para tales pruebas a gran escala, se han utilizado hasta ahora experimentos con animales, y esto podría evitarse en gran medida.
«Para mí, es particularmente interesante cuando puedo usar aspectos fundamentales de la mecánica de fluidos para encontrar soluciones nuevas e innovadoras a problemas que no habían sido resueltos anteriormente«, explica Planchette.
«Esto nos permite descubrir caminos hacia nuevas aplicaciones y nuestro método de fabricación de microfibras biocompatibles con inclusiones regulares con alto rendimiento y bajo costo lo demuestra. Las posibilidades para la detección de células, la construcción de tejidos y, finalmente, la producción de órganos que esto abre pueden ser de gran beneficio en muchas disciplinas. Para mí, esto también es una señal clara de cuán importante es el papel de la investigación básica y multidisciplinaria, creando así la base para aplicaciones innovadoras«, concluye Planchette.
Fuente: Physical Review Applied.
