Impresión dirigida: el camino hacia la generación artificial de tejidos y órganos a demanda

Perspectivas brillantes para la medicina personalizada: expertos del Instituto Fraunhofer de Microingeniería y Microsistemas IMM aprovechan sus conocimientos en microfluídica y tecnologías unicelulares para imprimir estructuras de órganos.

Las tecnologías unicelulares desempeñan un papel clave en el estudio y la caracterización de las células. El Dr. Christian Freese, director de Diagnóstico de Infecciones y Cáncer del Fraunhofer IMM, y sus colegas utilizan microfluidos para dispensar y estudiar células individuales de forma selectiva. En su plataforma de diagnóstico de biopsias líquidas, detectan y dispensan células tumorales circulantes (CTC) y otros biomarcadores a partir de biopsias líquidas para realizar diagnósticos accesibles y completos. Pero los investigadores querían ir un paso más allá: ¿Por qué no construir algo con las células individuales?

Con el objetivo de poner en práctica sus desarrollos y métodos para imprimir células, realizaron estructuras microfluídicas especiales sobre obleas de silicio en la sala blanca de su instituto. Estas estructuras están diseñadas para «atrapar» células. Los especialistas introducen células humanas en canales ultrafinos de chips microfluídicos, y las células son capturadas por estructuras especiales que hay allí mientras fluyen. La geometría específica de estas estructuras garantiza que sólo queden atrapadas células individuales, mientras las demás fluyen hacia la siguiente trampa desocupada. Hay muchas trampas alineadas una tras otra en un mismo canal, de modo que los expertos pueden concentrarse y liberar células simultáneamente en distintos lugares y luego reutilizar las trampas.

Al igual que en una impresora de chorro de tinta, una burbuja de calor dispensa la célula desde la boquilla y la deposita dentro de una minúscula gota de líquido. Los distintos tipos de células reciben cabezales de impresión independientes y se imprimen en paralelo, cada una de ellas recorriendo sus propios canales microfluídicos.

“Utilizamos la microfluídica para cubrir todos los parámetros que requiere una bioimpresión satisfactoria: imprimimos células a demanda, en un proceso rápido y estéril. Al mismo tiempo, este método garantiza que la tasa de viabilidad de las células impresas sea alta. Otra parte de esto es que utilizamos las características biotintas compuestas por la célula y un líquido específico para el tipo de célula, que también puede manipularse en microfluidos”, explica Freese.

Muchos métodos existentes sólo generan una fina línea de biotintas que contiene células distribuidas al azar. Los especialistas de Fraunhofer imprimen gotas ultrafinas no mucho más grandes que la propia célula. Esto les permite lograr una resolución superior: cada célula se coloca con precisión y puede interactuar directamente con las células vecinas. Los investigadores planean utilizar este método para construir cultivos de órganos, por ejemplo, que la industria podría utilizar para probar medicamentos. El objetivo declarado de los expertos de Fraunhofer es imprimir tejidos para trasplantes de piel u órganos completos.

Para aprovechar el enorme potencial de estos métodos en medicina, los expertos del Fraunhofer IMM se asociarán el año que viene con sus colegas del departamento de Tecnologías Clínicas Sanitarias del Instituto Fraunhofer de Ingeniería de Fabricación y Automatización IPA de Mannheim para poner en marcha un centro de alto rendimiento para tecnologías unicelulares, donde pondrán en común y harán avanzar sus conocimientos.