Madrid.

Investigadores de la Universidad de Harvard, en Estados Unidos, fabricaron el primer órgano en un chip totalmente impreso en 3D con sensores integrados, según informan en un artículo publicado en Nature Materials.

Mediante un procedimiento totalmente automatizado y digital, el corazón en un chip impreso en 3D se puede fabricar de forma rápida con factores personalizados, permitiendo a los investigadores recoger fácilmente datos confiables para estudios a corto y largo plazos.

Este nuevo enfoque de fabricación puede algún día permitir a los investigadores diseñar rápidamente órganos en un chip, también conocidos como sistemas microfisiológicos, que coinciden con las propiedades de una enfermedad específica o, incluso, con las células de cada paciente.

Este nuevo enfoque programable para la construcción de órganos en un chip no sólo permite cambiar y personalizar el diseño del sistema integrando sensores, sino también simplifica drásticamente la adquisición de datos, resaltó Johan Ulrik Lind, uno de los autores del artículo y estudiante posdoctoral en la Escuela John A. Paulson de Ingeniería y Ciencias Aplicadas (SEAS, por sus siglas en inglés) de la Universidad de Harvard. También es investigador en el Instituto Wyss de Ingeniería Inspirada Biológicamente, de Harvard.

“Nuestro enfoque de microfabricación abre nuevas vías para la ingeniería de tejidos in vitro, la toxicología y la investigación de detección de fármacos”, señaló el coautor del estudio Kit Parker, profesor de bioingeniería y física aplicada de la SEAS y miembro del Instituto Wyss.

Los órganos en chips imitan la estructura y la función del tejido nativo; surgen como una alternativa prometedora a la experimentación con animales tradicionales. Los investigadores de Harvard han desarrollado sistemas microfisiológicos que imitan la microarquitectura y las funciones de pulmones, corazón, lengua e intestinos.

Sin embargo, el proceso de fabricación y recolección de datos para los órganos en chip es caro y laborioso. Actualmente, estos dispositivos se construyen en habitaciones limpias mediante un procedimiento complejo multipaso litográfico; además de que la recopilación de datos requiere cámaras de microscopia o de alta velocidad.

“Nuestro enfoque fue hacer frente a estos dos retos simultáneamente mediante la fabricación digital –relató Travis Busbee, coautor del trabajo y estudiante graduado en el laboratorio de Lewis–. Mediante el desarrollo de nuevas tintas para la impresión en 3D de múltiples materiales, automatizamos el proceso de fabricación, al tiempo que se aumentó la complejidad de los dispositivos.”

Los investigadores desarrollaron seis tintas diferentes que integran sensores de tensión suaves dentro de la microarquitectura del tejido. En un procedimiento único y continuo, el equipo imprimió en 3D esos materiales en un dispositivo microfisiológico cardiaco –un corazón en un chip– con sensores integrados.

Impulsamos los límites de la impresión tridimensional mediante el desarrollo y la integración de múltiples materiales funcionales de los dispositivos impresos, resaltó Jennifer Lewis, profesora de ingeniería inspirada biológicamente y coautora del trabajo. Este estudio es una poderosa demostración de cómo nuestra plataforma se puede utilizar para crear chips totalmente funcionales mediante instrumentos para la detección de fármacos y el modelado de la enfermedad.

Múltiples depósitos

El chip contiene múltiples depósitos, cada uno con tejidos separados y sensores integrados, lo que permite a los investigadores estudiar muchos tejidos cardiacos diseñados a la vez. Para demostrar la eficacia del dispositivo, el equipo realizó análisis de fármacos y evaluaciones a largo plazo de cambios graduales en la tensión para contraer los tejidos cardiacos, diseñados mediante ingeniería, que pueden suceder en el transcurso de varias semanas.

“Los investigadores a menudo trabajan en la oscuridad cuando se trata de cambios graduales que se producen durante el desarrollo y la maduración del tejido cardiaco, porque ha habido una falta de formas sencillas no invasivas de medir el desempeño funcional de tejidos –afirmó Lind–. Estos sensores integrados permiten a los científicos reunir datos de forma continua mientras los tejidos maduran y mejoran su contractilidad. Del mismo modo, permitirán investigaciones de los efectos graduales de la exposición crónica a las toxinas.

“La traducción de los dispositivos microfisiológicos en plataformas verdaderamente valiosas para el estudio de la salud humana y la enfermedad requiere que nos centremos tanto en la adquisición de datos como en la fabricación de nuestros dispositivos –planteó Parker–. Este trabajo ofrece nuevas soluciones potenciales a estos dos retos centrales.”

Este trabajo fue financiado por la Fundación Nacional de Ciencias, el Centro Nacional para el Avance de la Traslación de las Ciencias de los Institutos Nacionales de Salud, el Laboratorio de Investigación del Ejército de Estados Unidos y el Centro de Ingeniería e Investigación Científica de Materiales de la Universidad de Harvard.