Avances en el campo de la bioimpresión 3D para producir vasos sanguíneos artificiales

El grupo de Materiales Biofuncionales Híbridos de CIC biomaGUNE , liderado por la Ikerbasque Research Fellow Dorleta Jimenez de Aberasturi , explora cómo combinar técnicas avanzadas de bioimpresión con nanomateriales para obtener modelos de tejidos que contengan vasos sanguíneos con varias capas y que puedan responder cuando se les apliquen estímulos externos.

El tejido corporal cuenta con vasos sanguíneos que le aportan oxígeno y nutrientes, por lo que es importante desarrollar nuevos métodos para producirlos. Cuanto más realistas sean los modelos de órganos y tejidos, mejor se comprenderán las causas de las diferentes enfermedades, mejor se estudiará la eficacia de nuevas preparaciones con potencial terapéutico e incluso mejor se podrán utilizar como injertos.

Avances en bioimpresión

La Dra. Dorleta Jiménez de Aberasturi, la Dra. Uxue Aizarna y la Dra. Malou Henriksen de CIC biomaGUNE han realizado importantes avances en el campo de la bioimpresión 3D para desarrollar materiales que permiten producir modelos de tejidos cada vez más parecidos al tejido real para investigación en laboratorio.

Para producir materiales de este tipo se utilizan impresoras de alta precisión, y la tinta debe tener características específicas. Uno de los retos en este campo es encontrar materiales que permitan la impresión y que, además, posean propiedades óptimas que permitan la supervivencia de las células. Tanto el método de impresión como las propiedades de estos materiales son fundamentales para producir tejido de alta calidad con rapidez y precisión; por ello, este campo de investigación continúa innovando para lograr resultados cada vez mejores. También es importante «encontrar materiales que se puedan combinar para permitir la impresión multimaterial y, por lo tanto, crear estructuras estables utilizando varias capas de cada uno de estos materiales», afirma Jiménez de Aberasturi.

Materiales mejorados para estructuras más complejas

En colaboración con un grupo de la Universidad de Maastricht (Países Bajos), el equipo de CIC biomaGUNE logró, mediante bioimpresión integrada, «imprimir materiales blandos o líquidos que no pueden imprimirse en el aire, ya que se distorsionarían o colapsarían antes de solidificarse. La tinta utilizada en este tipo de bioimpresión promueve la supervivencia de las células utilizadas», explica Jiménez de Aberasturi. Con esta técnica, lograron producir un modelo de vaso sanguíneo con cilindros concéntricos que imita las distintas capas de una arteria.

Además, en colaboración con un equipo de la Universidad de Utrecht (Países Bajos), el equipo de investigadores utilizó la bioimpresión volumétrica para añadir válvulas al modelo arterial. Esto implica formar todo el volumen de la estructura simultáneamente, proyectando imágenes del diseño sobre un volumen específico de la resina o material desarrollado y, posteriormente, curar (endurecer) el material, en lugar de ir añadiendo capas. Esta técnica permite obtener formas complejas a gran velocidad, añade el investigador de CIC biomaGUNE. Los investigadores lograron diseñar e imprimir con gran precisión una válvula que se puede abrir y cerrar aplicando un estímulo externo, similar a los del corazón.

Gelatina metacrilada como base

En ambos trabajos, se utilizó gelatina metacrilada como base; se trata de un material blando hecho de gelatina que puede modificarse químicamente para solidificarse al exponerse a la luz. Este tipo de gelatina es muy útil en la bioimpresión, ya que es compatible con las células y su viscosidad puede modificarse. A esta gelatina se le añadió una matriz extracelular (es decir, el andamiaje microscópico entre las células que soporta el tejido corporal) obtenida de la arteria pulmonar de un cerdo.

“El tipo de fuerzas mecánicas a las que se someten los vasos sanguíneos debido a los cambios en la presión arterial es importante, pero difícil de recrear. Estos cambios son cruciales si queremos obtener respuestas realistas en las células”, explica el Dr. Jiménez de Aberasturi, investigador principal del laboratorio. Para ello, los investigadores utilizaron nanopartículas de oro, que tienen una capacidad especial para interactuar con la luz de forma muy intensa y controlada.

Utilizando esta innovadora combinación de materiales y técnicas de bioimpresión, el equipo de CIC biomaGUNE logró avanzar en la producción de arterias artificiales que imitan el pulso arterial en respuesta a un láser. «Al combinar estos materiales mejorados y diversas técnicas de impresión, logramos producir estructuras más complejas, mucho más similares a las del cuerpo humano», afirman. Sin embargo, destacan que «se trata de un proceso muy complejo. Aunque estamos muy cerca de lograr que estas arterias sean totalmente reales, aún quedan pasos por dar».

Referencia:

Uxue Aizarna-Lopetegui, Malou Henriksen-Lacey ORCID logo *ac  and  Dorleta Jimenez de Aberasturi et. al. “Remodeling arteries: studying the mechanical properties of 3D-bioprinted hybrid photoresponsive materials” Journal of Materials Chemestry B (2025)