Los científicos imprimen el primer corazón en 3D utilizando materiales biológicos del paciente

Hasta ahora, los científicos en medicina regenerativa, un campo ubicado en la encrucijada de la biología y la tecnología, han logrado imprimir solo tejidos simples sin vasos sanguíneos.

"Esta es la primera vez que alguien en cualquier lugar ha diseñado e impreso con éxito un corazón lleno de células, vasos sanguíneos, ventrículos y cámaras", dice el Prof. Tal Dvir de la Escuela de Biología Celular Molecular de TAU y Biotecnología, Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales. Centro de Nanociencia y Nanotecnología y Sagol Centro de Biotecnología Regenerativa, que dirigió la investigación para el estudio.

La enfermedad cardíaca es la principal causa de muerte entre hombres y mujeres en los Estados Unidos. Actualmente, el trasplante de corazón es el único tratamiento disponible para pacientes con insuficiencia cardíaca en etapa terminal. Dada la grave escasez de donantes de corazón, la necesidad de desarrollar nuevos enfoques para regenerar el corazón enfermo es urgente.

"Este corazón está hecho de células humanas y materiales biológicos específicos del paciente. En nuestro proceso, estos materiales sirven como enlaces biológicos, sustancias elaboradas a partir de azúcares y proteínas que se pueden usar para la impresión 3D de modelos de tejidos complejos", dice el profesor Dvir. "Las personas han logrado imprimir en 3D la estructura de un corazón en el pasado, pero no con células ni con vasos sanguíneos. Nuestros resultados demuestran el potencial de nuestro enfoque para la ingeniería de reemplazo personalizado de tejidos y órganos en el futuro".

La investigación para el estudio fue realizada conjuntamente por el Prof. Dvir, el Dr. Assaf Shapira de la Facultad de Ciencias de la Vida de TAU y Nadav Moor, un estudiante de doctorado en el laboratorio del Prof. Dvir.

"En esta etapa, nuestro corazón 3D es pequeño, del tamaño del corazón de un conejo", explica el Prof. Dvir. "Pero los corazones humanos más grandes requieren la misma tecnología".

Para la investigación, se tomó una biopsia de tejido graso de pacientes. Luego se separaron los materiales celulares y a-celulares del tejido. Mientras que las células se reprogramaron para convertirse en células madre pluripotentes, la matriz extracelular (MEC), una red tridimensional de macromoléculas extracelulares como el colágeno y las glicoproteínas, se procesaron en un hidrogel personalizado que sirvió como "tinta" de impresión.

Después de mezclarse con el hidrogel, las células se diferenciaron eficazmente en células cardíacas o endoteliales para crear parches cardíacos compatibles con el sistema inmunitario, específicos del paciente, con vasos sanguíneos y, posteriormente, un corazón completo.

De acuerdo con el Prof. Dvir, el uso de materiales "nativos" específicos para el paciente es crucial para la ingeniería exitosa de tejidos y órganos.

"La biocompatibilidad de los materiales diseñados es crucial para eliminar el riesgo de rechazo de implantes, lo que pone en peligro el éxito de tales tratamientos", dice el Prof. Dvir. "Idealmente, el biomaterial debe poseer las mismas propiedades bioquímicas, mecánicas y topográficas de los tejidos del propio paciente. Aquí, podemos informar un enfoque simple para los tejidos cardiacos gruesos, vascularizados y perfundibles impresos en 3D que coinciden completamente con el inmunológico, celular, bioquímico y Propiedades anatómicas del paciente ".

Los investigadores ahora planean cultivar los corazones impresos en el laboratorio y "enseñarles a comportarse" como los corazones, dice el profesor Dvir. Luego planean trasplantar el corazón impreso en 3D en modelos animales.

"Necesitamos desarrollar más el corazón impreso", concluye. "Las células necesitan formar una capacidad de bombeo; actualmente pueden contraerse, pero necesitamos que trabajen juntas. Nuestra esperanza es que triunfemos y probemos la eficacia y utilidad de nuestro método.

"Tal vez, en diez años, habrá impresoras de órganos en los mejores hospitales del mundo, y estos procedimientos se realizarán de forma rutinaria".