Alternativas nuevas de polímeros sintéticos para la bioimpresión 3D
Cuando se intenta tratar una enfermedad o una lesión, la medicina suele recurrir a los andamiajes tisulares. «De forma muy parecida a los andamios utilizados en la construcción, los andamiajes tisulares ayudan a que las células construyan tejidos funcionales», afirma Robert Denis Murphy investigador del Real Colegio de Cirujanos de Irlanda. Para facilitar con seguridad este crecimiento celular y la formación del tejido, los andamiajes tisulares suelen ser microscópicos y nanoestructurados, y deben ser siempre biocompatibles. «Los biopolímeros de hidrogel cumplen todos estos requisitos», añade Murphy. Los biopolímeros de hidrogel son polímeros derivados de fuentes naturales y se consideran no tóxicos, biocompatibles, biodegradables y rentables. Sin embargo, a pesar de su potencial, la biblioteca actual de biopolímeros de hidrogel sigue siendo bastante limitada. El equipo del proyecto BioSMaLL, financiado con fondos europeos, contribuye a superar esta limitación. «El objetivo general del proyecto era superar las limitaciones de los biopolímeros de hidrogel utilizados actualmente en la impresión 3D al proporcionar nuevas alternativas de polímeros sintéticos», explica Murphy, que coordinó el proyecto. Una parte importante del proyecto se llevó a cabo en el laboratorio de Craig J. Hawker, un catedrático de la Universidad de California, Santa Bárbara.
Optimización de las plataformas de polímeros para la impresión 3D
El equipo del proyecto, que recibió apoyo de las Acciones Marie Skłodowska-Curie, se propuso crear polímeros con estructuras químicas definidas y que ofrecieran una elevada reproducibilidad uniforme en todos los lotes y propiedades mecánicas controlables. Los investigadores también intentaron dotar a estos polímeros de funcionalidades sensibles a la luz que les permitieran cambiar rápidamente sus propiedades mecánicas de blandas a duras o de líquidas a sólidas. Pero, como ocurre con muchos proyectos de investigación, el equipo de BioSMaLL no tardó en comprender que era más fácil decirlo que hacerlo. «El mayor problema al que se enfrentó el equipo del proyecto fue la optimización de las plataformas de los polímeros para la impresión 3D, que no fue una tarea trivial», señala Murphy. «Como estos materiales no han sido estudiados para tal uso, hubo una curva de aprendizaje bastante empinada para poder diseñar químicamente los materiales para su adaptabilidad con la impresión 3D».
Grandes avances en la bioimpresión bacteriana
En total, en el proyecto se desarrollaron dos plataformas de polímeros innovadoras. En colaboración con expertos del Centro de Investigación y Desarrollo de Ingeniería del Ejército de los Estados Unidos (ERDC, por sus siglas en inglés), se desarrolló la primera plataforma que consistió en la integración en los hidrogeles de bacterias modificadas genéticamente, que luego se utilizaron para imprimir en 3D los materiales biocompuestos vivos. «La bioimpresión bacteriana es un campo de investigación poco explorado, pero con un potencial enorme para aplicaciones biotecnológicas como la biodetección y la biorremediación», señala Murphy. El trabajo realizado en BioSMaLL es uno de los pocos estudios efectuados hasta la fecha sobre impresión 3D de biocompuestos con bacterias, y el primero que analiza cómo afecta la resistencia mecánica de los hidrogeles al crecimiento bacteriano. La segunda plataforma incluía hidrogeles poliméricos cuyas propiedades mecánicas y, por tanto, la capacidad de impresión 3D, podían adaptarse mediante un cambio en la arquitectura del polímero. Se ha demostrado que ambas plataformas son biológicamente compatibles con los sistemas de células vivas.
Inspirar la próxima generación de diseño de hidrogeles
Una vez concluido el proyecto, Murphy afirma que espera que su trabajo contribuya a ampliar el uso de los hidrogeles poliméricos en la bioimpresión 3D. «Creo que el proyecto BioSMaLL inspirará la próxima generación de diseño de hidrogeles, lo que repercutirá no sólo en la investigación, sino también en la industria y, en particular, en la medicina», concluye. Inspirándose en su propia investigación, Murphy trabaja actualmente en nuevos avances en el campo de los materiales novedosos para la impresión 3D, con vistas a comercializar tales innovaciones para su uso en aplicaciones biomédicas.
Palabras clave
BioSMaLL, hidrogeles, biopolímeros de hidrogel, impresión 3D, materiales biocompuestos, enfermedad, andamiaje tisular, bioimpresión bacteriana, biotecnología, biomedicina
