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Oct 26, 2023

Método novedoso y simple para diseñar una plataforma que imita los vasos sanguíneos

26 de junio de 2020

26 de junio de 2020

por la Universidad de Tecnología y Diseño de Singapur

El sistema circulatorio de la sangre sirve como infraestructura crítica para el transporte masivo de nutrientes y facilita el intercambio de productos gaseosos y de desecho de los órganos del cuerpo humano. Estos vasos sanguíneos están sometidos a una exposición constante a la presión hidrodinámica del flujo sanguíneo, así como al ritmo de contracción y relajación que ejercen los tejidos que lo rodean. La exposición a estos estímulos puede desencadenar una cascada de respuestas celulares que pueden dar lugar a condiciones adversas como trombosis e inflamación de los vasos sanguíneos.

Estas respuestas celulares a los eventos se conocen como mecanotransducción, el proceso de convertir señales mecánicas en señales químicas en el cuerpo. Aunque los investigadores han logrado diseñar modelos de enfermedades que imitan varias deficiencias en los vasos sanguíneos, la capacidad de incorporar la tensión de cizallamiento simultánea del flujo sanguíneo y la tensión de estiramiento aún se consideraba un desafío para replicar.

Investigadores del Grupo de Investigación Onoe de la Universidad de Keio (Keio U) colaboraron con el Laboratorio de fluidos blandos de la Universidad de Tecnología y Diseño de Singapur (SUTD) para desarrollar y fabricar un microcanal basado en matriz extracelular (ECM) que permite proporcionar estímulos mecánicos debido a la perfusión y el estiramiento simultáneamente . Este método sencillo permitió a los investigadores crear una red compleja de microcanales en un ECM que se parecía a los tejidos humanos mediante moldeo de sacrificio.

En este enfoque, el molde se modeló primero con bifurcaciones y dimensiones en cascada tan bajas como 0,2 mm de ancho. Se usó una impresora 3-D de modelado por deposición fundida (FDM) comercial y ubicuamente disponible para imprimir el molde de sacrificio hecho con alcohol polivinílico (PVA). A diferencia de un método bien establecido, como el moldeado de réplicas, donde se requerían múltiples pasos de ensamblaje y alineación para crear microcanales con geometría 3D, el moldeado de sacrificio permitió la fabricación rápida de microcanales en varias matrices. El molde se embebió completamente en una ECM (gelatina), se curó con transglutaminasa; el sellado, la alineación o el apilamiento no fueron necesarios cuando se fabricó la plataforma para los vasos sanguíneos y el tejido circundante.

"Dado que el molde de PVA se puede quitar en agua, el proceso de fabricación se completó completamente usando solo agua. Esto es importante para garantizar la biocompatibilidad de los microcanales fabricados", dijo Jason Goh, Ph.D. becario en SUTD.

"El moldeado de sacrificio de un molde impreso en 3D de modelado por deposición fundida ofrece una amplia libertad de diseño y potencia la fabricación de una plataforma más fisiológicamente relevante", agregó el profesor asistente Michinao Hashimoto de SUTD.

Las células endoteliales humanas se cultivaron fácilmente en la superficie del microcanal para formar un tubo que imitaba los vasos sanguíneos. El comportamiento característico de los vasos sanguíneos, como su flujo pulsátil, se logró con éxito en condiciones de perfusión y estiramiento. Esta plataforma de vasos sanguíneos sirvió para ampliar el espectro de aplicabilidad de los modelos in vitro vasculares actuales para investigar condiciones patológicas de una manera más relevante desde el punto de vista fisiológico.

"Demostramos con éxito cómo diseñar sustitutos para los vasos sanguíneos con suficiente fuerza mecánica para soportar la presión del fluido aplicado y el estiramiento presente en el cuerpo humano. La plataforma será útil para comprender los mecanismos de las enfermedades vasculares", dijo Azusa Shimizu, autora principal y estudiante de maestría y profesor asociado Hiroaki Onoe de Keio U, Japón.

El trabajo de investigación ha sido publicado y destacado en la portada interior de Lab on a chip, la principal revista que cubre el trabajo original relacionado con la miniaturización por debajo de la microescala y en la interfaz entre los avances tecnológicos y las aplicaciones impactantes. Azusa Shimizu (Keio U) colaboró ​​con Jason Goh (SUTD) y Shun Itai (Keio U). Otros investigadores principales del proyecto incluyen al Dr. Shigenori Miura de la Universidad de Tokio.

Más información: Azusa Shimizu et al, Microcanal basado en ECM para cultivar tejidos vasculares in vitro con perfusión y estiramiento simultáneos, Lab on a Chip (2020). DOI: 10.1039/D0LC00254B