El proyecto europeo BRIGHTER, coordinado por el IBEC, está desarrollando una nueva tecnología para fabricar tejidos humanos funcionales, como alternativa a la experimentación animal en el campo de la investigación biomédica. Se trata de una novedosa tecnología de bioimpresión 3D basada en luz que fabrica los tejidos a partir de cultivos celulares tridimensionales. En un futuro, se podría incluso utilizar para producir órganos en el laboratorio.

El progreso de la investigación biomédica ha permitido hacer frente a enfermedades y realizar grandes avances médicos en las últimas décadas. Desafortunadamente, hasta el momento, una parte de la investigación ha necesitado de modelos animales para poder avanzar. La Unión Europea, a través de la Asociación Europea de Investigación Animal, regula fuertemente la investigación con animales siguiendo el principio de las 3R. Se trata de 1) Reemplazar animales por otros métodos; 2) Reducir el número de animales usados, y 3) Refinar la metodología para minimizar el sufrimiento animal.

En línea con las directrices europeas, el proyecto BRIGHTER (Bioprinting by light-sheet lithography: engineering complex tissues with high resolution at high speed), coordinado por el Instituto de Bioingeniería de Catalunya (IBEC), se creó justamente con idea de contribuir a reducir la experimentación animal a través del desarrollo de nuevas soluciones en el campo de la bioimpresión 3D. Se trata de la utilización de la impresión 3D con fines biomédicos (conocida como ingeniería de tejidos o medicina regenerativa), como es cada vez más habitual en el ámbito de las prótesis óseas y dentales, o para la producción de cartílago. En BRIGHTER, los investigadores están fabricando piel humana, un tejido altamente complejo.

Nueva tecnología BRIGHTER de bioimpresión 3D

BRIGHTER es un proyecto financiado por la Unión Europea y coordinado por un grupo de expertos del laboratorio Sistemas Biomiméticos para la ingeniería celular del Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC), liderado por la Dra. Elena Martínez. Su objetivo principal es la creación de modelos in vitro suficientemente complejos y acurados para su uso tanto en la industria farmacéutica (testeo de cosméticos y fármacos) como en la investigación básica, reduciendo la experimentación animal.

Para ello, los investigadores del proyecto están desarrollando una nueva tecnología de bioimpresión 3D basada en luz laser de alta calidad con la que pretenden superar algunos obstáculos técnicos que actualmente limitan la fabricación de tejidos humanos complejos.

“Nuestro innovador sistema de bioimpresión 3D no solo consigue tejidos más cercanos a los reales, sino que también es mucho más rápido que los sistemas actuales, un factor fundamental para garantizar la viabilidad de los nuevos tejidos”, explica la Profesora Elena Martínez, coordinadora del proyecto europeo.

Un aspecto clave en esta tecnología son los hidrogeles, materiales que forman la base donde crecerán las células que formarán el nuevo tejido. Los hidrogeles tienen propiedades similares a las que se encuentran en el entorno celular (lo que se conoce como matriz extracelular). Ésta matriz, envuelve las células dentro del cuerpo, proporcionándoles nutrientes, elasticidad y estabilidad. Otro factor muy relevante es que todo el proceso se puede hacer de forma personalizada, ya que se pueden usar células de pacientes para fabricar el nuevo tejido.

Piel impresa en laboratorio

Para poner a punto la nueva tecnología, los investigadores del BRIGHTER están imprimiendo piel humana, un tejido con una estructura tridimensional altamente compleja formado por múltiples tipos celulares y estructuras como glándulas de sudor y vellosidades.

Por un lado, la piel fabricada con esta nueva tecnología se podrá usar como sustituto de animales tanto en la industria farmacéutica y cosmética, como en los laboratorios de investigación básica, siendo además un sistema mucho más fiable puesto que está hecha con de células humanas. Por otro lado, puede ayudar a dar respuesta a la demanda de piel en intervenciones médicas, por ejemplo, en quemados o personas que padecen diferentes enfermedades dermatológicas.

La ventaja de esta nueva tecnología es que permite moldear en detalle el tejido que se está imprimiendo, lo que en el caso de la piel es crucial, ya que es un tejido dinámico y compuesto por varias capas con diferentes tipos celulares y composición de matriz extracelular. Además, esta tecnología permite generar vascularización del tejido e incluir apéndices esenciales como las glándulas sebáceas (grasa) y sudoríparas (sudor), y los folículos pilosos que generan los pelos.

Para “imprimir” la piel, y que adopte su estructura, forma y consistencia, los investigadores utilizan técnicas avanzadas de imagen, que combinan la iluminación con láminas de luz y fotomáscaras digitales de alta resolución, y así poder fijar las células en los hidrogeles. Esto lo hacen aplicando luz laser directamente sobre mezcla de materiales (hidrogeles y células), que también contiene moléculas que reaccionan a la luz. De esta forma, es posible moldear el nuevo tejido y fabricar su estructura 3D “a la carta”, controlando la rigidez, la forma y dimensiones, creando así tejidos tridimensionales con una geometría compleja.

“Esperamos poder imprimir una muestra de piel de 1 cm2 de área y 1 mm de grosor en aproximadamente 10 min y con una viabilidad celular de más del 95%, mejorando mucho las condiciones actuales de bioimpresión”, concluye la Dra. Núria Torras, investigadora postdoctoral en el IBEC.

En el proyecto BRIGHTER participan investigadores de tres instituciones de investigación punteras de Europa (IBEC en España, Goethe Universität en Alemania y el centro Technion en Israel), juntamente con destacadas empresas del sector biotecnológico (Mycronic en Suecia y Cellendes en Alemania).

BRIGHTER está financiado por la Comisión Europea con el número de proyecto 828931.

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