de carne y hueso ⋅ Inserm, De la ciencia a la salud

Hoy en día, cuando un hueso está dañado por un traumatismo o un tumor y es necesario extirparlo, los cirujanos lo reemplazan con un fragmento óseo extraído de la cadera o el peroné. Pero esta técnica no es ideal, con consecuencias muchas veces incapacitantes que reducen los movimientos del paciente, privado de un hueso. Pierre Layrolle y su equipo desarrollaron una alternativa menos invasiva. Imprimen piezas de hueso perfectamente adaptadas a la morfología de los pacientes para la reconstrucción de grandes defectos óseos.

La unidad ToNIC sabe segmentar y convertir imágenes médicas de cualquier órgano en un archivo de estereolitografía, es decir, prototipado para impresión 3D. De este modo, los investigadores pueden fabricar guías quirúrgicas a medida y biomateriales anatómicos casi idénticos a la parte del cuerpo que se va a reconstruir.

La unidad está equipada con tres tecnologías de impresión 3D: impresoras FMD (Modelado por deposición fundida) Se utiliza para imprimir órganos de plástico a escala, pero también dos tipos de impresoras biológicas. El primero utiliza luz azul para polimerizar un hidrogel biocompatible, que contiene células humanas y se endurece después de la impresión. El otro permite formar un órgano complejo capa por capa.

Para finalizar la transformación en hueso, se siembran diferentes células madre en el biomaterial al que se adhieren. Son esenciales para la reconstrucción de tejidos humanos y la regeneración ósea: sin ellos, el biomaterial 3D permanece inerte. Para cada tipo de célula madre utilizada, se pueden modificar por bioingeniería diferentes tejidos humanos. por ejemplo, el células madre hematopoyéticas difiere en osteoblastosque producen la matriz ósea, mientras que la vascularización está asegurada por células endoteliales. La tinta utilizada para imprimir los fragmentos óseos está compuesta por un fosfato de calcio análogo al mineral óseo; se asemeja a la pasta de dientes y se endurece por hidrólisis, como el yeso. Los biomateriales 3D se construyen con una porosidad interna que permite «plantar» células madre y guiar la cicatrización, lo que garantiza un crecimiento óseo óptimo.

El biomaterial impreso se implanta quirúrgicamente en la ubicación deseada; arriba, el metatarso de una oveja. Para vitalizar y acelerar la regeneración de tejidos, se pasa por alto un vaso y se coloca dentro del biomaterial. En cuestión de semanas, la bioimpresión 3D se transforma en tejido óseo y reemplaza el hueso desecado. Por ahora, este trabajo permanece en la fase preclínica, pero se están realizando estudios para evaluar la seguridad y eficacia de este procedimiento en humanos.

Además de la impresión de órganos, el gran desafío de la bioimpresión médica es brindar un soporte más realista a la ciencia para comprender mejor a los seres vivos. De hecho, los cultivos celulares 2D convencionales no tienen en cuenta la organización de las células entre ellas: se pierde parte de la información. El cultivo celular en 3D te permite recrear las condiciones de los diferentes microambientes celulares que se encuentran en el cuerpo y hacer mejores predicciones gracias a los modelos in vitro.

Todavía no sabemos cómo imprimir las celdas una por una. Por otro lado, es posible cultivar geles a partir de células vivas que se utilizarán para construir tejidos específicos. Pierre Layrolle está desarrollando actualmente una tinta súper concentrada sobre células madre neurales, encapsuladas en esferas. Permite fabricar organoides cerebrales a escala milimétrica.

El modelo ultrarrealista y funcional de mini-cerebro presentado anteriormente tiene marcadores neuronales específicos, axones – extensiones de células nerviosas – y vascularización, ¡incluso emite una actividad eléctrica equivalente a la de un feto de unas pocas semanas! A diferencia de los organoides fabricados hasta ahora, estos tienen una organización espacial bien estructurada, pueden reproducirse de forma idéntica y mantenerse durante varias semanas en cultivo. Lejos de ser cerebros humanos, nos permitirán comprender mejor el desarrollo y el funcionamiento funcional del cerebro, pero también probar la acción de los candidatos a fármacos. A medio camino entre los modelos in vivo y los cultivos celulares in vitro, estas son herramientas prometedoras que jugarán un papel crucial en la investigación del mañana.

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