Debido a la escasez mundial de órganos y a la cantidad limitada de donantes de órganos, miles de pacientes se quedan deseando órganos y tejidos en casos de lesiones graves, enfermedades o afecciones genéticas. Muchos de estos pacientes mueren antes de que los trasplantes estén disponibles.
La ingeniería de tejidos es un campo emergente que trabaja en la producción de tejidos artificiales y sustitutos de órganos como soluciones permanentes para reemplazar o reparar daños.
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Como investigadores de ingeniería biomédica, estamos desarrollando estructuras de órganos temporales en 3D, llamadas andamios, que pueden ayudar a regenerar los tejidos dañados y potencialmente conducir a la creación de órganos artificiales. Estos tejidos también se pueden utilizar en diversas aplicaciones de ingeniería de tejidos, incluida la reparación de nervios en estructuras construidas a partir de biomateriales.
Aproximadamente 22,6 millones de pacientes requieren intervenciones neuroquirúrgicas anualmente en todo el mundo para tratar daños al sistema nervioso periférico. Este daño es causado principalmente por eventos traumáticos como accidentes automovilísticos, violencia, lesiones en el lugar de trabajo o partos difíciles. Se prevé que el costo de la reparación y regeneración nerviosa global alcanzará más de 400 millones de dólares para 2025.
Las técnicas quirúrgicas actuales permiten a los cirujanos realinear los extremos nerviosos y estimular su crecimiento. Sin embargo, la incidencia de recuperación en el sistema nervioso lesionado no está garantizada y el retorno de la función casi nunca se completa.
Los estudios en animales en ratas han demostrado que si una lesión destruye más de dos centímetros de nervios, la brecha no se puede salvar adecuadamente y puede resultar en la pérdida de la función o sensibilidad muscular. En esta condición, es importante usar un andamio para unir dos lados del nervio dañado, específicamente en caso de grandes lesiones nerviosas.
La bioimpresión 3D imprime estructuras 3D capa por capa, similar a las impresoras 3D. Usando esta técnica, nuestro equipo de investigación creó una estructura porosa hecha de las células neurales del paciente y un biomaterial para unir un nervio lesionado. Usamos alginato, derivado de las algas, porque el cuerpo humano no lo rechaza.
Si bien esta técnica aún no se ha probado en personas, una vez perfeccionada, tiene el potencial de ayudar a los pacientes que esperan tejidos y órganos.
El alginato es un material desafiante para trabajar porque se colapsa fácilmente durante la impresión 3D. Nuestra investigación se centra en el desarrollo de nuevas técnicas para mejorar su imprimibilidad.
Para la reparación de nervios, el alginato tiene propiedades favorables para el crecimiento y las funciones de las células vivas, pero su escasa capacidad de impresión en 3D limita considerablemente su fabricación. Significa que el alginato fluye fácilmente durante el proceso de impresión y da como resultado una estructura colapsada. Desarrollamos un método de fabricación en el que las células están contenidas dentro de una estructura porosa de alginato que se crea con una impresora 3D.
Investigaciones anteriores utilizaron técnicas de moldeo para crear un alginato a granel sin una estructura porosa para mejorar la regeneración nerviosa; a las células no les gusta un entorno tan sólido. Sin embargo, la impresión en 3D de una estructura de alginato porosa es un desafío y, a menudo, imposible.
Nuestra investigación aborda este problema imprimiendo una estructura porosa hecha de alginato capa por capa en lugar de un algiante a granel moldeado; dicha estructura tiene poros interconectados y proporciona un entorno favorable para las células. Las células pueden comunicarse fácilmente entre sí e iniciar la regeneración, mientras que el alginato impreso en 3D les proporciona un soporte temporal.
Los investigadores están avanzando hacia la implementación de estructuras impresas en 3D para pacientes que sufren lesiones nerviosas y otras lesiones.
Después de que la estructura de alginato fabricada se implanta en un paciente, la gran pregunta es si tiene suficiente estabilidad mecánica para tolerar las fuerzas aplicadas por los tejidos del cuerpo. Desarrollamos un modelo numérico novedoso para predecir el comportamiento mecánico de las estructuras de alginato.
Nuestros estudios ayudarán a comprender la respuesta celular, que es el principal factor a tener en cuenta a la hora de evaluar el éxito de las estructuras de alginato.
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