Primer plano de una estructura tubular realizada mediante impresión simultánea y autoensamblaje entre óxido de grafeno y una proteína
Primer plano de una estructura tubular realizada mediante impresión simultánea y autoensamblaje entre óxido de grafeno y una proteína. Crédito: Profesor Alvaro Mata

Un grupo internacional de científicos ha descubierto un nuevo material que puede ser utilizado en impresión 3D para crear estructuras vasculares, similares a los tejidos biológicos.

En un nuevo estudio publicado hoy en Nature Communications, coordinado por el profesor Álvaro Mata, investigadores de la Universidad de Nottingham y de la Universidad Queen Mary de Londres han desarrollado una forma de imprimir en 3D óxido de grafeno con una proteína que puede organizarse en estructuras tubulares, que replican algunas propiedades del tejido vascular.

El profesor Mata comenta que “Este trabajo ofrece oportunidades para la biofabricación al permitir la bioimpresión 3D simulada de arriba a abajo y el autoensamblaje de abajo a abajo de componentes sintéticos y biológicos de manera ordenada desde la nanoescala. Estamos biofabricando capilares a microescala similares a las estructuras fluídicas que son compatibles con las células, exhiben propiedades fisiológicamente relevantes y tienen la capacidad de resistir un flujo. Esto podría permitir la recreación de la vasculatura biológica en el laboratorio, lo que tiene implicaciones en el desarrollo de medicamentos más seguros y eficientes, lo que significa que los tratamientos podrían potencialmente llegar a los pacientes mucho más rápido“.

El autoensamblaje es el proceso por el cual múltiples componentes pueden organizarse en estructuras bien definidas de mayor tamaño. Los sistemas biológicos se basan en este proceso para ensamblar de manera controlable los bloques de construcción moleculares en materiales complejos y funcionales que exhiben propiedades notables, como la capacidad de crecer, replicarse y realizar funciones robustas.

Imagen de microscopía electrónica de barrido que muestra células endoteliales que crecen en la superficie de las estructuras tubulares impresas
Imagen de microscopía electrónica de barrido que muestra células endoteliales que crecen en la superficie de las estructuras tubulares impresas. Crédito: Profesor Alvaro Mata.

Este nuevo biomaterial está hecho con el autoensamblaje de una proteína con óxido de grafeno. El mecanismo de ensamblaje permite que las regiones flexibles (desordenadas) de la proteína se ordenen y se adapten al óxido de grafeno, generando una fuerte interacción entre ellas. Al controlar la forma en que se mezclan los dos componentes, es posible guiar su ensamblaje a escalas de múltiples tamaños en presencia de células y en estructuras complejas y robustas.

El material se puede usar como un bioenlace de impresión 3D para imprimir estructuras con geometrías y resoluciones complejas de hasta 10 µm (micras). El equipo de investigación ha demostrado la capacidad de construir estructuras vasculares en presencia de células y exhibe propiedades químicas y mecánicas biológicamente relevantes.

La investigadora postdoctoral Yuanhao Wu es la investigadora líder del proyecto, y afirma que “existe un gran interés en desarrollar materiales y procesos de fabricación que emulen a los existentes en la naturaleza. Sin embargo, la capacidad de construir materiales y dispositivos funcionales robustos mediante el autoensamblaje de componentes moleculares hasta ahora ha sido limitada. Esta investigación introduce un nuevo método para integrar proteínas con óxido de grafeno mediante el autoensamblaje de manera que pueda integrarse fácilmente con la fabricación aditiva para fabricar fácilmente dispositivos biofluídicos que nos permitan replicar partes clave de tejidos humanos y órganos en el laboratorio“.

Fuente: Nature Communications.

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