No obstante, el acceso a trasplantes adecuados, los aspectos éticos y una gran variación en materia de seguridad, calidad y eficacia de las donaciones y los trasplantes constituyen un problema constante y pendiente. La necesidad insatisfecha del paciente receptor y la escasez de trasplantes (adecuados) sigue siendo uno de los principales dramas personales en todo el mundo. Según la entidad estadounidense Government Information on Organ Donation and Transplantation, 109 000 hombres, mujeres y niños se encuentran en lista de espera de un trasplante y cada 9 minutos se incorpora una nueva persona a esta lista(1).

Imagine poder crear un corazón o un hígado de sustitución para destinarlos a un trasplante. Imagine las vidas que pueden salvarse y la felicidad para los pacientes y sus seres queridos. Esta es la idea fundamental que subyace a la ingeniería tisular, preparada para revolucionar las intervenciones médicas en los próximos años. 

En este artículo, explicaremos qué son la ingeniería tisular y la bioimpresión 3D, así como la importancia de las múltiples funciones que puede desempeñar la gelatina en cada etapa de este fascinante y nuevo ámbito de la investigación médica.

impresión 3D de órganos

¿En qué consiste la ingeniería tisular?

La ingeniería tisular es el término genérico para designar la combinación de células y material portador, denominado habitualmente como matriz. También se pueden utilizar las moléculas biológicas o la estimulación mecánica con el objetivo de crear un entorno propicio para las células, permitiendo así un apoyo funcional y, por último, el trasplante. En los tejidos humanos, las células reciben el apoyo de una compleja matriz extracelular (MEC). Los colágenos constituyen el principal elemento estructural de la CEM y proporcionan resistencia a la tensión, regulan la adhesión celular, apoyan la quimiotaxis, la migración celular y el desarrollo directo de tejido. Por tanto, las células interactúan activamente con la CEM a través de varios receptores de superficie y estas interacciones pueden ser sumamente importantes para mantener las funciones de las células. No es de extrañar que la gelatina, como producto derivado del colágeno, pueda desempeñar una importante función para la ingeniería tisular en varios pasos del proceso.

 

Para realizar un constructo tisular mediante ingeniería, los científicos suelen recorrer 3 pasos principales:

1. Normalmente, todo comienza con el cultivo de expansión in vitro de la célula en cuestión, ya se trate de células madre, células primarias aisladas o líneas celulares, a menudo en materiales plásticos para cultivos tisulares convencionales. En función del origen de las células, este paso puede presentar problemas, como la problemática adhesión y/o expansión de las células (a menudo primarias) o incluso la pérdida de función. En esta fase, pueden utilizarse las gelatinas X-pure® de Rousselot para recubrir la superficie del cultivo tisular y proporcionar a las células motivos de reconocimiento celular para evitar o disminuir esta clase de problemas. Además, las gelatinas X-Pure® de Rousselot presentan niveles bajos de endotoxinas (< 10 EU/g), como el lipopolisacárido o LPS, que pueden interferir en la diferenciación y expansión celulares.

 

2. Una vez obtenido el nivel suficiente de células, estas se combinan con un portador o matriz. El material del portador se denomina biomaterial. Estos biomateriales son biocompatibles y reciben un tratamiento especial para fines terapéuticos y de diagnóstico. Las características buscadas del material dependen en gran medida del constructo final concebido. Las características buscadas son: biocompatibilidad, interactividad celular, propiedades fisicoquímicas regulables y biodegradabilidad. En función del producto final que se persiga, se podrían combinar células con el material mediante siembra celular en el portador o mediante encapsulación en el material, a imitación del entorno MEC de las células.

Como productos derivados del colágeno, las gelatinas constituyen una opción excelente en esta fase. Pueden desempeñar varias funciones:

  • pueden utilizarse como recubrimiento para crear otra célula portadora de biomaterial interactiva y de apoyo. Las gelatinas X-pure® de Rousselot constituyen una excelente opción para este propósito (véase el paso de recubrimiento para la expansión);
  • como hidrogel reticulado, podría servir de matriz o como propio portador.

En Rousselot suministramos gelatinas X-pure® y gelatinas modificadas susceptibles de ser reticuladas en hidrogeles para siembra celular. Si se desea la encapsulación, suministramos X-pure® GelMA​​​​​​​, una gelatina purificada (con niveles bajos de endotoxinas y ácido metacrílico) y modificada que permite la reticulación biocompatible para la encapsulación celular. Nuestros productos presentan un alto nivel de calidad y reproducibilidad e incorporan propiedades fisicoquímicas sumamente regulables y tasas de degradación que los convierten en una opción excelente como material portador.

Gelatina para bioimpresión 3D

3. Tras esta fase, el constructo suele pasar por un paso final de cultivo. Este paso de cultivo puede realizarse en condiciones estáticas o dinámicas, según el constructo o tejido final concebido. Uno de los objetivos consiste en dejar que las células crezcan y formen un tejido; otro objetivo es permitir la diferenciación de células para ejercer su función final. Esto suele realizarse exponiendo el constructo a estimulación mecánica y/o química, ya sea en condiciones dinámicas o estáticas. Este paso final garantiza también que el tejido impreso tenga la integridad estructura y funcional adecuada para sobrevivir al trasplante.

 

Por lo general, estos pasos de la ingeniería tisular dan lugar a un constructo trasplantable. El objetivo final puede ser crear un sencillo constructo, proporcionar un portador de trasplante a un tipo específico de células y hasta crear un tejido complejo completamente funcional formado por varios tipos de células para tratar de imitar la microarquitectura del tejido. Cuando se desea mayor complejidad y cierto nivel de precisión, los ingenieros tisulares suelen recurrir a la bioimpresión 3D, una rama muy especializada de la ingeniería tisular.

 

¿Juega la bioimpresión 3D alguna función en la ingeniería tisular?

Probablemente haya oído hablar de la «impresión 3D», un proceso por el que se imprimen objetos físicos. Dicho de modo sencillo, la bioimpresión 3D es el proceso de impresión de partes biológicas, como tejido y órganos. Al igual que la impresión 3D normal, la bioimpresión 3D comienza con un modelo generado por ordenador que se imprime capa a capa. No obstante, lo que diferencia a la bioimpresión 3D es el uso de células vivas y biomateriales (como el metacrilato de gelatina - GelMa) en lugar de plástico.

Antes comenzar a imprimir tejidos complejos, se seleccionan las condiciones óptimas de la biotinta. La biotinta es una combinación de biomaterial biocompatible y uno o varios tipos específicos de células, dependiendo del tejido de sustitución concebido. La selección y creación de la biotinta constituye un primer paso crucial y suele necesitar un ajuste preciso para las diferentes células o tejidos objetivo. El material elegido debe ser biocompatible, poseer determinadas características mecánicas y dejar que las células incrustadas intercambien nutrientes y oxígeno con su entorno. Por estos motivos, los hidrogeles son especialmente adecuados para la impresión.

video sobre bioimpresión

Tras una primera selección de parámetros, se carga la biotinta en los cartuchos listos para la impresión. A partir de los parámetros de diseño introducidos en el software informático, la impresora puede generar el constructo del modo determinado por el modelo inicial. La complejidad puede comprender desde una simple configuración de un cartucho con un solo tipo de biotinta hasta varios cartuchos compuestos de varios tipos de células y/o combinaciones de biomateriales. Normalmente, el proceso de impresión suele requerir algún ajuste preciso y recurre a los parámetros de selección de la biotinta para obtener una biotinta que sea perfecta desde el punto de vista de la impresión y la biocompatibilidad celular.

Gracias a su versatilidad y a las propiedades fisicoquímicas regulables, la gelatina permite desarrollar biotintas a base de gelatina de alta y baja viscosidad. La gelificación puede controlarse con la temperatura, lo que facilita la optimización del comportamiento del flujo durante la bioimpresión. Para crear hidrogeles bioimpresos con buena estabilidad mecánica a temperaturas fisiológicas y bajo un proceso de biodegradabilidad controlada a lo largo de tiempo, se creó una gelatina modificada, el anhídrido metacrílico de gelatina (GelMA). El GelMA se puede reticular en condiciones controlables añadiendo un reactivo reticulante. Probablemente, GelMA es la gelatina modificada más utilizada y estudiada para la bioimpresión. Se ha revelado como el componente ideal para biotintas, ya que reduce la viscosidad y la gelificación, aspectos que afectan negativamente a las estructuras impresas. Además, es químicamente similar a la matriz extracelular que estructura de forma natural el tejido nativo, por lo que las células pueden penetrarlo fácilmente y reorganizarse en una estructura viva. Para concluir, GelMa es un biomaterial versátil que puede utilizarse en bioimpresión para obtener constructos biocompatibles colmados de células con una elevada resolución y forma estructural que permite a los científicos aprovechar al máximo sus propiedades únicas.

Para resumir, la bioimpresión 3D es una nueva y fascinante tecnología que se ha convertido en una parte importante de la ingeniería tisular. Cabe esperar que, algún día, los científicos sean capaces de imprimir órganos complejos como el corazón o hígado para salvar vidas y mejorar la calidad de vida de pacientes afectados por enfermedades y lesiones graves.

¿Por qué utilizar los productos de Rousselot para la ingeniería tisular?

Aparte de sus propiedades únicas, el uso de gelatinas y GelMa puede verse cuestionado por la presencia de impurezas como las endotoxinas (lipopolisacáridos) o el ácido metracrílico residual (MA). La presencia de estas impurezas puede afectar negativamente a la calidad de la investigación. Cuando se utilizan en el cuerpo, también pueden provocar inflamación de los tejidos, mayor sensibilidad a otros alérgenos y, en casos extremos, un shock mortal. Para resolver estos problemas, es importante seleccionar biomateriales purificados, como las gelatinas X-Pure® y las gelatinas modificadas​​​​​​​, desarrolladas específicamente por Rousselot.

 

X-Pure GelMA

Las gelatinas X-pure® X-pure® GelMA de Rousselot presentan las siguientes ventajas:

  • Biocompatibilidad. Es improbable que las rechace el organismo.
  • Bajos niveles de antigenicidad. La gelatina purificada tiene bajos niveles de endotoxinas, por lo que es improbable que provoque reacciones inmunológicas.
  • Biodegradabilidad (regulable). Esto significa que el organismo puede absorber la gelatina de forma natural.
  • Fisicoquímica regulable. La gelatina se puede modificar especialmente para adaptarla a varias aplicaciones.  
  • Rentabilidad. La gelatina es abundante, por lo que los ingenieros tisulares pueden mantener bajos los costes.
  • Un biomaterial de confianza con un largo historial La gelatina, el material de partida de la gama X-pure® de Rousselot, se utiliza desde hace más de un siglo en varias aplicaciones farmacéuticas, como las cápsulas, y aplicaciones médicas, como los hemóstatos y los sustitutos del plasma sanguíneo.
  • Cumplimiento de elevados niveles de seguridad y conformidad. Esto contribuye a garantiza la seguridad general del tejido diseñado. 

LOS PRODUCTOS DE ROUSSELOT PERMITEN A LOS CIENTÍFICOS SACAR EL MÁXIMO PROVECHO DE LAS PROPIEDADES ÚNICAS DE LA GELATINA Y REALIZAR INVESTIGACIONES CIENTÍFICAS REPRODUCIBLES, FIABLES Y ORIGINALES LISTAS PARA PASAR A LOS ENSAYOS CLÍNICOS.

¿Le interesa nuestra gelatina purificada para la bioimpresión 3D?

(1) Organ Donation Statistics 2020, accessed on 17.12.2020 < https://www.organdonor.gov/statistics-stories/statistics.html