El arte del origami al servicio de la bioimpresión 3D
Publicado originalmente por la Universidad de Tel Aviv, el 8 de julio de 2024
Investigadores de la Universidad de Tel Aviv se han basado en los principios del origami, el arte japonés del plegado de papel, para desarrollar una solución original e innovadora a un problema que preocupa a investigadores de todo el mundo: la colocación de sensores dentro de modelos de tejido bioimpresos en 3D. En lugar de bioimprimir tejido sobre los sensores (lo que resultaba impracticable), diseñaron y fabricaron una estructura inspirada en el origami que se pliega alrededor del tejido fabricado, permitiendo la inserción de sensores en lugares predefinidos con precisión.
El estudio fue un esfuerzo conjunto de investigadores de varias unidades de la TAU: la Facultad de Neurobiología, Bioquímica y Biofísica, el Centro Koum de Nanociencia y Nanotecnología, el Departamento de Ingeniería Biomédica, el Centro Sagol de Medicina Regenerativa, la Facultad Sagol de Neurociencia y el Laboratorio Central de Células Madre de la Familia Drimmer-Fischler de Medicina Regenerativa.
Los investigadores son Noam Rahav, Adi Soffer, Prof. Ben Maoz, Prof. Uri Ashery, Denise Marrero, Emma Glickman, Megane Beldjilali-Labro, Yakey Yaffe, Keshet Tadmor y Yael Leichtmann-Bardoogo. El trabajo se publica en la revista Advanced Science.
El Prof. Maoz explica: "El uso de bioimpresoras 3D para imprimir modelos de tejido biológico con fines de investigación ya está muy extendido. En las tecnologías existentes, el cabezal de la impresora se mueve hacia delante y hacia atrás, imprimiendo capa sobre capa del tejido requerido.
"Este método, sin embargo, tiene un inconveniente importante: El tejido no puede bioimprimirse sobre un conjunto de sensores, necesarios para proporcionar información sobre sus células internas, porque en el proceso de impresión el cabezal de la impresora rompe los sensores. Proponemos un nuevo enfoque para este complejo problema: la papiroflexia".
MSOP: Donde el arte se une a la ciencia en la bioimpresión
La innovación se basa en una original sinergia entre ciencia y arte. Utilizando programas de diseño asistido por ordenador (CAD), los investigadores diseñaron una estructura personalizada multisensorial para un modelo de tejido específico, inspirada en el plegado de papel origami. Esta estructura incorpora varios sensores para controlar la actividad eléctrica o la resistencia de las células en lugares elegidos con precisión dentro del tejido.
El modelo informático se utiliza para fabricar una estructura física que luego se pliega alrededor del tejido bioimpreso, de modo que cada sensor se inserta en su posición predefinida dentro del tejido. El equipo de la TAU ha bautizado su nueva plataforma como MSOP (Multi-Sensor Origami Platform).
La eficacia del nuevo método quedó demostrada en tejidos cerebrales bioimpresos en 3D, en los que los sensores insertados registraron la actividad eléctrica neuronal. Los investigadores subrayan, no obstante, que el sistema es modular y versátil: se puede colocar cualquier número y tipo de sensores en cualquier posición elegida dentro de cualquier tipo de modelo de tejido bioimpreso en 3D, así como en tejidos cultivados artificialmente en el laboratorio, como los organoides cerebrales, pequeñas esferas de neuronas que simulan el cerebro humano.
El toque científico del origami
El profesor Maoz añade: "Para los experimentos con tejido cerebral bioimpreso, demostramos una ventaja adicional de nuestra plataforma: la opción de añadir una capa que simula la barrera hematoencefálica natural (BBB por sus siglas en inglés), una capa celular que protege el cerebro de sustancias indeseables transportadas por la sangre y que, por desgracia, también bloquea ciertos medicamentos destinados a enfermedades cerebrales. La capa que añadimos consiste en células BBB humanas, lo que nos permite medir su resistencia eléctrica, que indica su permeabilidad a diversos medicamentos".
Los investigadores resumen. "En este estudio, creamos una sinergia 'fuera de lo común' entre la investigación científica y el arte. Hemos desarrollado un método novedoso inspirado en el plegado del papel origami, que permite insertar sensores en lugares predefinidos con precisión dentro de modelos de tejidos bioimpresos en 3D, para detectar y registrar la actividad celular y la comunicación entre células. Esta nueva tecnología supone un importante paso adelante para la investigación biológica".
Más información: Noam Rahav et al, Multi‐Sensor Origami Platform: A Customizable System for Obtaining Spatiotemporally Precise Functional Readouts in 3D Models, Advanced Science (2024). DOI: 10.1002/advs.202305555
Journal information: Advanced Science
Provided by Tel Aviv University
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