Matriz muscular: Esta imagen, tomada con microscopía confocal, presenta varias capas delgadas de un polímero elástico (púrpura) y tejido muscular entretejido (verde) formadas a partir de células del corazón de ratas neonatales.
Mediante la adaptación de un dispositivo programable utilizado para la fabricación de circuitos integrados, un grupo de investigadores ha ideado un proceso semiautomatizado para construir estructuras de polímeros con las que guiar el desarrollo de tejidos del corazón en tres dimensiones. El método, en el que se usa la fabricación capa a capa, permitirá una investigación más precisa de las señales tridimensionales que hacen que las células se organicen y formen los tejidos, y podría servir de plataforma para el desarrollo de tejido de órgano implantable.
Los ingenieros de tejidos ya pueden crear construcciones tridimensionales de tejidos relativamente simples. Pero las arquitecturas celulares altamente ordenadas y esenciales para la función de órganos complicados como el corazón son mucho más difíciles de reproducir.
El tejido se cultiva en el laboratorio mediante la 'siembra' de estructuras, por lo general compuestas de un material poroso elástico o gelatinoso, con células destinadas a convertirse en tejidos específicos. La función del tejido cardiaco se debe a su 'arquitectura multiescala', en la que las células individuales se alinean para formar fibras multicelulares, que a su vez forman láminas de tejido, afirma Martin Kolewe, investigador postdoctoral en el Instituto de Ingeniería Mecánica y Ciencias del Instituto Tecnológico de Massachusetts en Estados Unidos (MIT). El trabajo reciente se ha centrado en determinar la forma de orientar las células para que se alineen correctamente y formen estos componentes jerárquicos. Sin embargo, este tipo de investigación en su mayoría se ha limitado a dos dimensiones. Kolewe y la investigadora principal Lisa Freed de Draper Laboratory propusieron desarrollar una forma de controlar con mayor precisión el diseño de 'redes' de poros, con el objetivo de añadir una tercera dimensión. Un nuevo estudio en Advanced Materials describe la investigación.
Utilizando técnicas de fabricación adaptadas de la industria de la microelectrónica, los investigadores crearon hojas delgadas de un polímero conocido como biorubber, con patrones de agujeros rectangulares a microescala y de dimensiones uniformes. A continuación, adaptaron una máquina programable, utilizada por la industria de la electrónica para apilar automáticamente capas delgadas de material y construir placas de circuitos y paquetes de circuitos integrados, para apilar las porosas hojas de biorubber, una por una. Un programa de ordenador ayudó a posicionar con precisión los poros de cada hoja con relación a los de la hoja de abajo.
Los investigadores probaron sistemáticamente varios patrones de poro e hicieron una demostración de unos que podían producir "grupos entrelazados parecidos al músculo" a partir de células musculares de ratones y células cardíacas neonatales de ratas. También mostraron que podían controlar la orientación direccional de los grupos, y que el tejido construido a partir de las células del corazón podía latir en respuesta a la estimulación eléctrica.
La nueva técnica de estructuración permitió a los investigadores formar tejido capaz de imitar una importante calidad estructural de los tejidos del corazón llamada 'anisotropía', señala Gordana Vunjak-Novakovic, profesora de ingeniería biomédica y ciencias médicas de la Universidad de Columbia (EE.UU.). Esta calidad proporciona al tejido del corazón distintas propiedades mecánicas en función de la dirección en la que se estira. "A nivel microscópico, celular y tisular, realmente recapitulan algunas de las características estructurales y mecánicas de importancia crítica del músculo del corazón nativo", asegura Vunjak-Novakovic, que no participó en la investigación.
Este trabajo podría representar un paso importante dentro del tejido cardiaco implantable para humanos, pero aún hay que superar varios retos de ingeniería desalentadores. El tejido creado debe ser aún más grueso, lo que requerirá algún tipo de red vascular para evitar que se muera. También debe estar diseñado para llevar a cabo la tarea altamente especializada del músculo cardíaco. Y los investigadores tendrán que demostrar que los tejidos hechos de células humanas pueden sobrevivir y llevar a cabo funciones especializadas.
Freed y Kolewe aseguran que su sistema relativamente simple ha abierto "un todo nuevo espacio de diseño" gracias al nivel de control sin precedentes que ofrece sobre la disposición de las redes de poros en el biorubber. Este tipo de control, señalan, se puede utilizar ahora para investigar con mayor precisión los factores tridimensionales que influyen en la alineación celular y la formación de tejido, y para probar nuevos diseños con el objetivo de desarrollar más tejidos de órganos que sean relevantes a nivel clínico. También planean poner a prueba la viabilidad de sus construcciones de tejido mediante su implantación en la superficie de corazones de ratas después de un ataque al corazón.