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Vasos sanguíneos elaborados mediante impresora

Investigadores han estado trabajando en el crecimiento de tejidos y órganos en el laboratorio por un largo tiempo. En estos días, la ingeniería de tejidos  permite construir el tejido artificial, aunque la ciencia aún no ha tenido éxito con las grandes órganos. Ahora, los investigadores de Fraunhofer (Alemania) están aplicando nuevas técnicas y materiales para lograr los vasos sanguíneos artificiales en su proyecto BioRap que será capaz de suministrar los tejidos y órganos artificiales tal vez más complejos en el futuro. Se exhibirán sus resultados en la Feria Biotécnica que se llevará a cabo en Hannover, Alemania en Octubre.

A principios de 2011 había más de 11000 personas en lista de espera para trasplante de órganos en Alemania, aunque en promedio apenas la mitad de los trasplantes que se realizan. El objetivo de la ingeniería de tejidos es la creación de órganos en el laboratorio para la apertura de nuevas oportunidades en este campo.Lamentablemente, los investigadores aún no han sido capaces de suministrar tejido artificial con nutrientes, ya que no tienen el sistema vascular necesario. Cinco institutos Fraunhofer  unieron fuerzas en 2009 para llegar a los vasos sanguíneos artificiales biocompatibles. Parecía imposible la construcción de estructuras tales como vasos capilares, que son tan pequeños y complejos, y fue especialmente las ramas y los espacios lo que hizo la vida difícil a los investigadores. Pero la ingeniería de  producción  llegó al rescate, porque el prototipado rápido permite construir piezas en concreto de acuerdo con un complejo modelo 3-D. Ahora, científicos del Instituto Fraunhofer está trabajando en la transferencia de esta tecnología para la generación de pequeñas estructuras de biomaterial mediante la combinación de dos técnicas diferentes: la tecnología de impresión 3-D establecida en el prototipado rápido y la polimerización multifotónica desarrollados en la ciencia de los polímeros.

Combinación exitosa
Una impresora de inyección de tinta en 3-D puede generar en 3tres dimensiones sólidos a partir de una amplia variedad de materiales y con gran rapidez. Se aplica el material en capas de forma definida y estas capas son unidas químicamente por radiación UV. Esto ya crea microestructuras, pero la tecnología de impresión  3-D sigue siendo demasiado imprecisa para las estructuras finas de los vasos capilares. Por ello, estos investigadores combinan esta tecnología con la polimerización de dos fotones. Breves pero intensos impulsos de láser impactan el material y estimularnlas moléculas en un punto de enfoque muy pequeño por lo que la reticulación de las moléculas se produce. El material se convierte en un sólido elástico, debido a las propiedades de las moléculas precursoras que se han ajustado por los químicos en el equipo del proyecto. De esta manera muy precisa, estructuras elásticas se construyen de acuerdo con un plan de construcción de tres dimensiones.  El Dr. Günter Tovar es el director del proyecto en el Fraunhofer Institute for Interfacial Engineering and Biotechnology IGB, con sede en Stuttgart. Cuando nos encontramos con él, describe el trabajo más reciente: «Las técnicas individuales ya están funcionando y están trabajando actualmente en la fase de prueba, el prototipo para el sistema combinado se está construyendo».

Cuando la tinta se convierte en un sistema de vasos artificiales
Tienes que tener el material adecuado para la fabricación de sólidos elásticos en tres dimensiones . Esta es la razón por la cual los investigadores llegaron con tintas especiales, porque la tecnología de impresión precisa  propiedades muy específicas. Los vasos sanguíneos más tarde tienen que ser flexibles y elásticos e interactuar con el tejido natural. Por lo tanto, los tubos sintéticos son biofunctionales, los que viven las células del cuerpo se puede acoplar a ellos. Los científicos integran biomoléculas modificadas – tales como la heparina y los péptidos de anclaje – en las paredes interiores. También desarrollan tintas hechas de materiales híbridos que contienen una mezcla de polímeros sintéticos y biomoléculas desde el principio. El segundo paso es cuando  las células endoteliales que forman la capa más interna de la pared de cada vaso en el cuerpo se pueden acoplar en los sistemas tubulares. Günter Tovar señala que «en el recubrimiento es importante para asegurarse de que los componentes de la sangre no se peguen,  y que sean  transportados.» El vaso sólo puede funcionar en la misma forma que su modelo natural para conducir los nutrientes directamente a su destino, si se establece una capa de células vivas.

Oportunidades para la medicina
La simulación virtual de las piezas de trabajo terminado es tan importante para el éxito del proyecto como los nuevos materiales y técnicas de producción. Los investigadores han de calcular con precisión el diseño de estas estructuras y la evolución de los sistemas vasculares para asegurar una velocidad óptima del flujo, mientras que la prevención de las copias de seguridad. Los científicos del Fraunhofer están todavía en los albores de esta tecnología completamente nueva para el diseño elástico tres dimensiones en forma de materiales biológicos, a pesar de que esta tecnología ofrece toda una serie de oportunidades para un mayor desarrollo. Günter Tovar reconoce «que están estableciendo una base para la aplicación rápida de prototipos a los biomateriales elástico y orgánico. El sistema vascular ilustra de manera muy dramática las oportunidades que esta tecnología tiene para ofrecer, pero que definitivamente no es el único posible. Un ejemplo sería la construcción de órganos completamente artificiales basados en un sistema de circulación en los vasos sanguíneos creados de esta manera para que les suministren nutrientes . Pero aún no son adecuados para los trasplantes, pero el complejo de órganos puede ser utilizado como un sistema de prueba para sustituir los experimentos con animales. También sería concebible para el tratamiento de los pacientes de bypass con vasos artificiales. En cualquier caso, tardará mucho tiempo hasta que realmente se sea capaz de implantar órganos en el laboratorio con sus propios vasos sanguíneos.

Fraunhofer-Gesellschaft

 

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