Cuando los pilotos y los astronautas despegan, sus cuerpos se ven sometidos a condiciones mucho más extremas que las que se dan en la Tierra. Para comprender mejor cómo reaccionan los seres humanos en estas condiciones tan intensas, investigadores de la Universidad Texas A&M, con el apoyo de la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos, están recurriendo a la bioimpresión a partir de células pulmonares vivas. Su objetivo es doble: mejorar la seguridad en la aviación y los vuelos espaciales, y acelerar el estudio y el tratamiento de las enfermedades respiratorias.
En el ámbito de la aviación, las temperaturas pueden ser elevadas, las presiones aplastantes y los niveles de oxígeno reducidos, lo que puede tener efectos nocivos para el organismo. Los cambios rápidos de altitud o presión, por ejemplo, pueden provocar una acumulación peligrosa de líquido en los pulmones, mientras que las altas temperaturas pueden provocar accidentes cerebrovasculares, lesiones tisulares o incluso fallo orgánico. Los cultivos celulares 2D tradicionales no permiten demostrar lo que ocurre en entornos tan complejos. Los modelos celulares 3D, por el contrario, ofrecen una representación más realista del comportamiento de las células humanas bajo estrés, lo que abre la vía a pruebas más precisas.
Los pilotos pueden enfrentarse a condiciones físicas intensas durante el vuelo. (Créditos de la foto: Sargento primero Thomas Meneguin/Fuerza Aérea).
Recrear condiciones extremas
Para modelar con precisión cómo reaccionan las células pulmonares a entornos hostiles, el equipo de Texas A&M necesitaba parámetros de bioimpresión altamente controlados para garantizar la viabilidad de las células. «Incluso pequeños ajustes en el proceso de bioimpresión pueden tener un impacto considerable en la viabilidad y la proliferación de las células», explica el Dr. Hongmin Qin, profesor de la Facultad de Artes y Ciencias. «Al perfeccionar estos parámetros, sentamos las bases para futuros avances en el campo de la ingeniería tisular».
Los investigadores simularon condiciones extremas mediante una serie de experimentos específicos. En un estudio publicado en Biomimetics, el equipo varió la presión de extrusión durante la impresión. Observó que las presiones más altas provocaban una mayor mortalidad celular. En otro estudio, publicado en Bioengineering, expuso las muestras impresas en 3D a diferentes temperaturas que alcanzaban los 55 °C. Observó que un calor más elevado aumentaba el estrés oxidativo y reducía la supervivencia de las células. «Los resultados obtenidos en materia de presión y temperatura subrayan la necesidad de disponer de técnicas precisas para preservar la viabilidad de las células pulmonares en las muestras bioimpresas en 3D, y demuestran cómo reaccionan las células a los factores de estrés ambientales», señaló Qin.
El equipo también creó una fórmula optimizada de tinta biológica: una mezcla de colágeno y alginato en una proporción de 4:1 que mantuvo una impresionante viabilidad celular del 85 % durante seis días, lo que ofrece una base prometedora para futuras investigaciones.
Aplicaciones del modelo pulmonar impreso en 3D más allá de la industria aeroespacial
Además de responder a las prioridades de defensa nacional, este proyecto ofrece numerosas posibilidades para la investigación médica. Al producir cultivos de células pulmonares impresas en 3D y realistas, el equipo ha creado una plataforma para estudiar enfermedades respiratorias como la enfermedad pulmonar obstructiva crónica y acelerar los esfuerzos de cribado de fármacos. En el futuro, el grupo tiene previsto utilizar el mismo enfoque para producir tejidos bioconstruidos bajo demanda.
Descripción del diseño experimental que muestra los efectos de la presión de extrusión. (Créditos de la imagen: Taieba Tuba Rahman et al).
Este trabajo va de la mano con los avances realizados en otros lugares. A principios de este año, investigadores de la Universidad McMaster, en Ontario, desarrollaron una bio-tinta que reproduce la elasticidad y la extensibilidad del tejido pulmonar, lo que la hace especialmente adecuada para modelar enfermedades como la EPOC y la fibrosis pulmonar, así como para realizar pruebas de toxicidad y respuesta a los medicamentos. También este año, la división de Ciencia y Tecnología del Departamento de Seguridad Nacional de los Estados Unidos, en colaboración con el Instituto Wake Forest de Medicina Regenerativa, utilizó tejido pulmonar impreso en 3D para analizar los efectos de los humos tóxicos en la salud humana. En conjunto, estos proyectos ponen de relieve que los modelos biomiméticos en 3D se están convirtiendo en plataformas prácticas para el diagnóstico, la toxicología y el desarrollo terapéutico. Para obtener más información, lee el artículo de Texas A&M AQUÍ.
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*Créditos de la foto de portada: Deposit Photos