#Working3D: seis preguntas para un profesor en biomedicina e impresión 3D

Los avances de la impresión y la bioimpresión 3D en el campo de la investigación médica son cada vez más prometedores. Uno de los usos de la tecnología es el desarrollo de microestructuras y nanoestructuras 3D que pueden emplearse para comprender el funcionamiento de las células en un entorno similar al del tejido natural humano. La impresión 3D en la biomedicina es un excelente aliado. Por ejemplo, para imprimir en tejidos dañados o tumores con células humanas con el fin de identificar de manera más precisa su funcionamiento e identificar tratamientos personalizados eficaces.

Entre las universidades implicadas en la investigación y el uso de técnicas de impresión 3D para nanotecnología en la biomedicina se encuentra la Universidad Tecnológica de Delft. Para saber más sobre los proyectos de investigación de la universidad y sobre lo que significa trabajar en este campo y en la realización de microestructuras 3D, hemos entrevistado a Angelo Accardo, profesor asociado del Departamento de Precisión y Microsistemas de Ingeniería de la TU Delft.

El equipo de la TU Delft con el profesor Angelo Accardo.

3DN: ¡Hola! ¿Podría presentarse?

Soy Angelo Accardo, profesor asociado en el Departamento de Ingeniería de Precisión y Microsistemas de la Universidad Tecnológica de Delft (TU Delft) en los Países Bajos.

3DN: ¿Cómo descubrió la fabricación aditiva?

Durante mi postdoctorado en el laboratorio LAAS-CNRS en Toulouse, Francia, comencé a explorar el uso de técnicas de fabricación aditiva asistida por luz/láser, en particular estereolitografía y litografía de dos fotones.

3DN: ¿Cuáles son los mayores beneficios y desafíos del uso de la impresión 3D en la biomedicina y la nanotecnología?

Estas técnicas de fabricación permiten desarrollar micro y nanoestructuras con niveles de resolución extremadamente altos (hasta 100 nanómetros). A estas escalas es posible crear micro andamios capaces de interactuar de manera biomimética con células sanas o enfermas. Por lo tanto, estas microestructuras de ingeniería se pueden utilizar para comprender el funcionamiento de las células en un entorno similar al del tejido natural humano. El siguiente paso será utilizar estas microestructuras 3D en el campo de la ingeniería de tejidos y la medicina regenerativa, es decir, para la regeneración de tejidos dañados.

Por otro lado, en este campo uno de los mayores retos es conseguir que dichos biomateriales sean completamente biocompatibles, para evitar reacciones adversas del tejido restante, pero también biodegradables, con el fin de “desintegrarse” una vez alcanzada la regeneración del tejido. En este sentido, es necesario emplear andamios de dimensiones generales relativamente grandes (es decir, cm). La tecnología de fabricación de dos fotones sigue siendo relativamente «lenta», aunque extremadamente precisa. Por lo tanto, es necesario explorar nuevos enfoques para aumentar la velocidad de fabricación, utilizando. Por ejemplo, la litografía «grayscale» de dos fotones, o sistemas de dos fotones de rayos múltiples, por nombrar algunos.

3DN: ¿En qué se basa su investigación actual?

Mi investigación se basa en el diseño y fabricación de microestructuras 3D para tres tipos diferentes de aplicación: mecanobiología, modelos in vitro de enfermedades e ingeniería de tejidos. El artículo publicado recientemente en la revista Advanced Functional Materials, aborda el primer caso, las nanoestructuras 3D fabricadas mediante litografía de dos fotones. Estas tienen un diámetro de unos pocos cientos de nanómetros, que se asemeja al de las fibras de la matriz extracelular del cerebro, así como al de los filopodios (los «dedos» de las células para sondear su entorno). Su relación de aspecto se puede ajustar para proporcionar un módulo de cizallamiento efectivo relativamente bajo (es decir, el módulo elástico detectado por las células cuando se deslizan sobre las nanoestructuras) que se aproxima a la suavidad del tejido cerebral humano. Por lo tanto, estas señales topográficas y mecánicas tienen una profunda influencia en el crecimiento y la direccionalidad de las redes neuronales.

Comparación entre neuronas en entorno 2D (izquierda) y 3D (derecha).

En comparación con los enfoques convencionales «Petri-dish», en los que las células se cultivan en superficies planas, de plástico o vidrio, muy rígidas, nuestro enfoque proporciona señales topográficas y mecánicas más relevantes desde el punto de vista fisiológico. E influyen en gran medida en las propiedades de las células neuronales, como la direccionalidad de la red neuronal y la morfología de los conos de crecimiento (con los que las neuronas sondean la matriz extracelular circundante para conectarse con otras neuronas). El desarrollo de la red neuronal y la morfología del cono de crecimiento pueden verse afectados por enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer (EA) y la enfermedad de Parkinson (EP). Con nuestro enfoque, hemos demostrado cómo es posible guiar la formación de redes neuronales fisiológicamente relevantes y caracterizar la morfología del cono de crecimiento de forma cuantitativa.

Preveo el uso de nuestra plataforma como modelo de enfermedad in vitro diseñado para comprender la influencia de los principales rasgos distintivos de la enfermedad de Alzheimer (placas amiloides, ovillos neurofibrilares) y del Parkinson (cuerpos de Lewy) en la direccionalidad de la red neuronal y en el desarrollo de los conos de crecimiento. Recientemente también hemos desarrollado modelos 3D para el tratamiento del cáncer cerebral (glioblastoma) a través de la terapia de protones. Una técnica de tratamiento que, en comparación con los rayos X (utilizados en la radioterapia), utiliza protones, componentes subatómicos, para atacar las células cancerosas.

Desarrollamos estructuras tridimensionales que imitan el sistema microvascular del cerebro, donde las células de glioblastoma crecen y proliferan. El objetivo es proporcionar estímulos mecánicos, bioquímicos y geométricos a las células imitando las formas de los capilares y vasos sanguíneos dentro del cerebro, a través de estructuras 3D que están hechas de biomaterial. Una vez cultivadas las células de glioblastoma en este entorno 3D biomimético, las llevamos al centro de protonterapia del Holland Proton Therapy Center y las exponemos a diferentes dosis de radiación. En esta configuración es posible tratar de calibrar la radiación de protones necesaria para dañar el ADN de las células cancerosas y esto sin involucrar a ningún experimento con animales.

3DN: ¿Cuáles son las cualificaciones y la experiencia requeridas para desempeñar su profesión?

Una formación básica en ingeniería o física es útil para desarrollar una forma mentis adecuada para el método científico. Sin embargo, a lo largo de los años se aprenden innumerables aspectos además de los tecnológicos, como los relacionados con la biología celular y las neurociencias. Para ocupar un puesto de profesor en los Países Bajos, también es necesario desarrollar habilidades de gestión y liderazgo que permitan no solo dirigir su propio grupo de investigación, sino también cubrir funciones estratégicas dentro de la universidad.

3DN: ¿Qué consejos le daría a quienes quieren ejercer esta profesión?

Pasión, perseverancia y paciencia. Estas características son fundamentales en el mundo académico y de la investigación junto con lo mencionado anteriormente. Además, es necesario alimentar permanentemente la curiosidad y estar al día con la técnica para escribir proyectos de investigación que luego se financien. Por último, es fundamental tener una predisposición hacia la enseñanza para transmitir no solo nociones, sino también un modus operandi eficiente a los ingenieros y científicos del mañana.

¿Qué opinas de la actividad de Angelo Accardo en TU Delft? ¿Conocías estos avances de la biomedicina y la impresión 3D? Deja tus comentarios en nuestras redes sociales: Facebook, LinkedIn y Youtube. ¿Te interesan las últimas noticias sobre la impresión 3D médica y dental? Haz clic aquí. Sigue toda la información sobre impresión 3D en nuestra Newsletter semanal.