Y con sensores integrados

¿Órganos en chips fabricados en 3D?

Chip
GETTY
Actualizado 25/10/2016 17:24:00 CET

   MADRID, 25 Oct. (EUROPA PRESS) -

   Investigadores de la Universidad de Harvard, en Estado Unidos, han fabricado el primer órgano en un chip totalmente impreso en 3D con sensores integrados, según informan en un artículo publicado en ‘Nature Materials’. Construido por un procedimiento de fabricación totalmente automatizado y digital, el corazón en un chip impreso en 3D se puede fabricar de forma rápida en factores personalizados permitiendo a los investigadores recoger fácilmente datos fiables para estudios a corto plazo y largo plazo.

   Este nuevo enfoque de fabricación puede algún día permitir a los investigadores diseñar rápidamente órganos en un chip, también conocidos como sistemas microfisiológicos, que coinciden con las propiedades de una enfermedad específica o, incluso, con las células de cada paciente.

   "Este nuevo enfoque programable para la construcción de órganos en un chip no sólo nos permite cambiar y personalizar el diseño del sistema integrando sensores sino que también simplifica drásticamente la adquisición de datos con facilidad", resalta Johan Ulrik Lind, primer autor del artículo y estudiante postdoctoral en la Escuela John A. Paulson de Ingeniería y Ciencias Aplicadas (SEAS, por sus siglas en inglés) de la Universidad de Harvard, en Estados Unidos. También es investigador en el Instituto Wyss de Ingeniería Inspirada Biológicamente en Harvard.

   "Nuestro enfoque de microfabricación abre nuevas vías para la ingeniería de tejidos in vitro, la toxicología y la investigación de detección de fármacos", dice el coautor del estudio Kit Parker, profesor de Bioingeniería y Física Aplicada de SEAS y miembro del Instituto Wyss.

   Los órganos en chips imitan la estructura y la función del tejido nativo y han surgido como una alternativa prometedora a la experimentación con animales tradicionales. Los investigadores de Harvard han desarrollado sistemas microfisiológicos que imitan la microarquitectura y las funciones de pulmones, corazón, lengua e intestinos.

   Sin embargo, el proceso de fabricación y la recogida de datos para los órganos en chip es caro y laborioso. Actualmente, estos dispositivos se construyen en habitaciones limpias usando un proceso complejo multi-paso litográfico y la recogida de datos requiere cámaras de microscopía o de alta velocidad.

SEIS NUEVAS TINTAS DE IMPRESIÓN

   "Nuestro enfoque fue hacer frente a estos dos retos simultáneamente a través de la fabricación digital --relata Travis Busbee, coautor del trabajo y estudiante graduado en el laboratorio de Lewis--. Mediante el desarrollo de nuevas tintas de imprimir para la impresión en 3D de múltiples materiales, hemos sido capaces de automatizar el proceso de fabricación al tiempo que aumentar la complejidad de los dispositivos."

   Los investigadores desarrollaron seis tintas diferentes que integran sensores de tensión suaves dentro de la microarquitectura del tejido. En un procedimiento único y continuo, el equipo imprimeron en 3D esos materiales en un dispositivo microfisiológico cardiaco --un corazón en un chip-- con sensores integrados.

   "Estamos impulsando los límites de la impresión tridimensional mediante el desarrollo y la integración de múltiples materiales funcionales dentro de los dispositivos impresos", resalta Jennifer Lewis, profesora Ingeniería Inspirada Biológicamente y coautora del trabajo. "Este estudio es una poderosa demostración de cómo nuestra plataforma se puede utilizar para crear chips totalmente funcionales mediante instrumentos para la detección de fármacos y el modelado de la enfermedad".

   El chip contiene múltiples depósitos, cada uno con tejidos separados y sensores integrados, lo que permite a los investigadores estudiar muchos tejidos cardiacos diseñados a la vez. Para demostrar la eficacia del dispositivo, el equipo realizó análisis de fármacos y evaluaciones a largo plazo de cambios graduales en la tensión de contracción de los tejidos cardiacos diseñados mediante ingeniería, que pueden suceder en el transcurso de varias semanas.

   "Los investigadores están a menudo trabajando en la oscuridad cuando se trata de cambios graduales que se producen durante el desarrollo y la maduración del tejido cardiaco porque ha habido una falta de formas sencillas no invasivas de medir el desempeño funcional de tejidos --afirma Lind--. Estos sensores integrados permiten a los científicos recogen datos de forma continua mientras los tejidos maduran y mejoran su contractilidad. Del mismo modo, permitirán estudios de los efectos graduales de la exposición crónica a las toxinas".

   "La traducción de los dispositivos microfisiológicos en plataformas verdaderamente valiosas para el estudio de la salud humana y la enfermedad requiere que nos centremos tanto en la adquisición de datos como en la fabricación de nuestros dispositivos --plantea Parker--. Este trabajo ofrece potenciales nuevas soluciones a estos dos retos centrales".

   Este trabajo fue financiado por la Fundación Nacional de Ciencias, el Centro Nacional para el Avance de la Traslación de las Ciencias de los Institutos Nacionales de Salud, el Laboratorio de Investigación del Ejército de Estados Unidos e Investigación del Ejército de Estados Unidos y el Centro de Ingeniería e Investigación Científica de Materiales de la Universidad de Harvard (MRSEC, por sus siglas en inglés), en Estados Unidos.

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