Aplicaciones y herramientas de bioimpresión y consejos para tener éxito con ella

¿Qué es la bioimpresión y en qué campos puede resultar útil?

La bioimpresión tiene sus raíces en la impresión 3D, una tecnología que proporciona profundidad a la materia impresa. Esta técnica permite a los investigadores modelar sistemas biológicos complejos sin tener que seguir laboriosos flujos de trabajo manuales gracias a que distribuye las células y otros materiales (por ejemplo, matriz extracelular) de forma que imiten tejidos u órganos naturales.

Hasta la fecha, las aplicaciones de la bioimpresión se han centrado principalmente en la investigación de organoides y la medicina regenerativa. Al usar una bioimpresora para generar organoides, los investigadores pueden poner fin a la inevitable variabilidad que se produce de un usuario a otro y que está asociada a la producción manual de las cúpulas de hidrogel. Además, mediante la bioimpresión de tejidos como la piel, los vasos sanguíneos, los músculos y los huesos, es posible reproducir estos sistemas con mayor exactitud in vitro y así investigar cómo se podrían usar con fines regenerativos.

¿Qué herramientas se pueden utilizar para la bioimpresión?

Las bioimpresoras se clasifican en cuatro categorías principales. Las primeras, los sistemas de inyección de tinta, utilizan calor o vibración para pulverizar gotas de “biotinta” sobre la superficie del recipiente de cultivo. Aunque son relativamente baratos, los sistemas de inyección de tinta suelen ser incompatibles con muchos de los líquidos de alta viscosidad necesarios para generar organoides y tejidos. En su lugar, las bioimpresoras asistidas por láser funcionan depositando las células y otros materiales extraños en capas. Ofrecen una gran precisión y son aptas para bioimprimir materiales más viscosos, pero tienen un mayor riesgo de producir daño celular debido al uso de calor.

Las bioimpresoras basadas en extrusión utilizan presión para conducir la muestra a través de una boquilla y crear una forma predefinida. Debido a que la presión se puede ajustar fácilmente en función de los distintos tipos de viscosidad de las muestras, la bioimpresión basada en extrusión suele ser la preferida de los investigadores por su flexibilidad. Las bioimpresoras basadas en el uso de campos eléctricos ofrecen la máxima precisión. No obstante, tienen un precio muy elevado y se deben optimizar rigurosamente los métodos para evitar causar daños celulares.

Además del instrumental, se dispone de numerosos reactivos para las aplicaciones de bioimpresión, muchos de los cuales se desarrollaron originalmente para producir de forma manual cultivos celulares en 3D. Uno de los ejemplos más conocidos es la matriz Corning™ Matrigel™, un preparado de membrana basal solubilizada que se ha utilizado ampliamente para la investigación de organoides. Más recientemente, han llegado al mercado diversas biotintas sacrificables. Son útiles para generar tejidos vascularizados, canales en dispositivos microfluídicos y andamios de soporte para estructuras tisulares más complejas, así como para realizar experimentos de validación antes de bioimprimir células vivas.

¿Es fácil iniciarse en la bioimpresión?

Aunque, sin lugar a dudas, los investigadores que se inician en la bioimpresión pueden beneficiarse de un conocimiento previo de las técnicas subyacentes, en la actualidad existen sistemas que eliminan muchos de los factores inherentes que complican la situación. Una de esas plataformas es la bioimpresora Corning Matribot™, un sistema basado en extrusión que se ha diseñado para usarlo con hidrogeles sensibles a la temperatura, como la matriz Matrigel. Uno de los principales problemas a la hora de trabajar con la matriz Matrigel es que pasa por un proceso de gelación a temperatura ambiente. Por tanto, tanto la matriz Matrigel como las puntas de pipeta empleadas para manipular las muestras deben permanecer refrigeradas para evitar una polimerización prematura. La bioimpresora Matribot supera este problema incorporando un cabezal de impresión de jeringa refrigerado y un lecho de impresión calefactado, lo que garantiza que la matriz Matrigel se fije solo una vez que haya llegado al recipiente de cultivo.

¿Qué factores hay que tener en cuenta al bioimprimir?

Al igual que cualquier otra técnica de investigación, la bioimpresión se debe optimizar. Uno de los factores más importantes a tener en cuenta es la naturaleza del sistema que se está investigando que variará en función de los tipos de células implicados. Por ejemplo, es probable que las células endoteliales requieran una matriz extracelular distinta a los miocitos, mientras que otros tipos de células como los queratinocitos y los queratocitos suelen requerir una red de sostén de fibroblastos o células estromales, respectivamente. También hay que tener en cuenta el rendimiento experimental. Mientras que un estudio que utilice organoides derivados del encéfalo para desentrañar las vías de señalización del desarrollo puede efectuarse mejor en una placa Petri para permitir la realización de más investigaciones posteriores, en ciertas aplicaciones de más rendimiento, como las pruebas de detección sistemática de fármacos y drogas, puede ser más adecuado utilizar placas de 96 o 384 pocillos.

Sea cual sea la finalidad del estudio, es fundamental que las células tengan alta viabilidad desde el principio. Esto significa mantener las células cultivadas en fase logarítmica de crecimiento y almacenar el material tisular de forma adecuada tras la obtención para evitar la muerte celular no deseada.