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Mar 25, 2024

Los científicos de Oregón están imprimiendo en 3D su camino hacia un futuro más saludable para todos nosotros

Las células de Haylie Helms están pegadas al costado de una botella de plástico transparente como miles de percebes invisibles. "Si los metes en uno de estos matraces y les das los [nutrientes] adecuados, las células

Las células de Haylie Helms están pegadas al costado de una botella de plástico transparente como miles de percebes invisibles.

“Si las metes en uno de estos frascos y les das los [nutrientes] adecuados, las células continúan creciendo y se esparcirán por el plástico”, explica mientras comienza a golpear la botella con la palma de la mano.

El líquido rosado poco profundo de la botella se ondula bajo el impacto. A medida que las células se alejan de los lados, el líquido se vuelve ligeramente turbio. Helms transfiere la solución a un tubo de ensayo y la hace girar en una centrífuga.

El sedimento en el fondo de este tubo contiene aproximadamente 1 millón de células cancerosas de próstata.

Brandon Swanson/OPB

Cuando sale, el líquido vuelve a ser claro y hay una leve mancha blanquecina en el fondo del tubo.

"Así que no es fácil de ver, pero... hay un pequeño grupo en el fondo", dice. "Hay alrededor de un millón de células en ese pequeño gránulo".

Las células son los pequeños componentes básicos de la vida, y estas células son clave para el trabajo de vanguardia del investigador de la Universidad de Ciencias y Salud de Oregón en un campo de la ciencia médica llamado biofabricación, es decir, construir con biología. Uno de los objetivos a largo plazo de la biofabricación es la creación de órganos humanos trasplantables.

A lo largo de muchos meses, Helms ha desarrollado una forma de imprimir células individuales en 3D. Es una técnica que puede acercar el campo a este objetivo.

La investigadora de OHSU, Haylie Helms, prepara células de cáncer de próstata para imprimir.

Brandon Swanson/OPB

“Es algo así como funciona una impresora de inyección de tinta: tienes todos los colores diferentes. Puedo simplemente poner diferentes tipos de células en cada uno de los canales”, afirma.

La impresora que utiliza para su trabajo está fabricada comercialmente, pero lo que está haciendo con ella (imprimir una pequeña célula a la vez para entender cómo interactúan entre sí) es muy nuevo.

“Imprimo todo tipo de células. Y el objetivo es tomar todas las células que forman un tejido y juntarlas siguiendo el patrón adecuado”, afirma.

La técnica es tan nueva que cuando los representantes de la empresa de impresión visitaron el laboratorio de Portland donde trabaja Helms, quedaron asombrados.

“Incluso cuando le dije a la empresa que esto es lo que estoy haciendo, me dijeron que eso no es posible. Y dije: 'Por favor, mire'”, dijo.

En lugar de imprimir con tinta, los científicos de OHSU han descubierto cómo imprimir células individuales. En este cartucho que se carga en la impresora hay aproximadamente un millón de células de cáncer de próstata.

Brandon Swanson/OPB

Cargadas en el cartucho de su impresora ese día hay células de cáncer de próstata.

Helms toma un controlador de videojuego y lo usa para mover el cabezal de la impresora.

“Muévete hacia arriba y hacia abajo, hacia la izquierda, hacia la derecha y luego diles a las células cuándo deben venir”, dice sin quitar la vista de la pantalla de una computadora que muestra una imagen muy ampliada de la superficie de impresión. “Porque cuando lo que imprimes es como una fracción de milímetro, es difícil encontrarlo después”.

Presiona un botón y de repente aparece un punto blanco sobre el fondo gris de su pantalla.

Haylie Helms, investigadora de la Universidad de Salud y Ciencias de Oregón, utiliza un controlador de videojuego para dirigir el cabezal de una impresora 3D e imprimir con precisión células individuales en esta imagen recopilada de "All Science. No Fiction". Imágenes de vídeo en octubre de 2023.

Brandon Swanson/OPB

"Este pequeño punto es una célula individual", dice.

Se mueve unas cuantas micras hacia la izquierda y deposita otra: ahora dos células de cáncer de próstata colocadas con una precisión increíble.

“Todo el mundo se burla de mí porque en realidad no trabajo. Simplemente me siento aquí y juego videojuegos todo el día”, dice.

Pero lo que está en juego aquí es mucho más alto que en un videojuego promedio.

“No son sólo las mutaciones genéticas dentro del cáncer las que causaron que [se formara]. También es la forma en que están dispuestas las células. Si un tipo de célula está al lado de otro tipo de célula diferente, eso en realidad puede indicar si va a tener un mejor o peor pronóstico”, dice Helms.

Helms está utilizando su técnica de impresión para descubrir cómo se comportan las diferentes configuraciones de células.

“Tomaré una célula cancerosa, colocaré células sanas y veré: ¿cómo se comunican estas células?” ella explica. “¿El cáncer sigue creciendo? ¿Las células sanas actúan de manera más cancerosa? Y seguimos cambiando los patrones y los tipos de células para descubrir: ¿cómo se comunican estas células entre sí?

Y, en última instancia, puede revelar qué hace que el cáncer de una persona sea más agresivo que el de otra, y esa información es muy valiosa. Porque una vez que comprenden las interacciones entre las células, los investigadores tienen la información que necesitan para desarrollar nuevos tratamientos.

"Los medicamentos [contra el cáncer] se dirigen a interacciones específicas y a los mecanismos de funcionamiento de las células", dice Helms. "Si no sabes cuál es ese mecanismo, no puedes crear un medicamento para ello".

Los investigadores de OHSU han ideado una forma de imprimir en 3D células individuales tan pequeñas que son invisibles a simple vista.

Brandon Swanson/OPB

Si bien la investigación de Helms se centra actualmente en el cáncer, el profesor asociado de OHSU, Luiz Bertassoni, está entusiasmado con lo que pronto podría ser posible gracias al nuevo trabajo de impresión célula por célula.

"Sabes, estamos realmente enfocados en la precisión", dice.

Bertassoni dirige el laboratorio donde trabaja Helms.

"Cada célula de tu cuerpo está ahí por una razón, literalmente", dice. "Estamos particularmente interesados ​​en replicar ese nivel de precisión que nos brinda la naturaleza porque creemos que esa es la clave para recrear realmente la función que tiene el cuerpo".

En pocas palabras, el objetivo de Bertassoni es poder imprimir en 3D órganos humanos complejos que funcionan en las personas.

Según la Administración de Servicios y Recursos de Salud, más de 100.000 personas en Estados Unidos están esperando trasplantes de órganos. Cada día mueren diecisiete personas que esperan un trasplante.

La impresión de órganos trasplantables es un desafío al que se enfrentan muchos laboratorios de todo el mundo. Ha habido grandes avances en la construcción de tejidos y versiones simplificadas de órganos, pero Bertassoni dice que nadie ha logrado que funcionen completamente como los de los organismos vivos.

Él piensa que ser capaz de replicar con precisión un órgano, célula por célula, es la manera de superar este obstáculo.

La técnica de impresión 3D de Helms puede proporcionar los medios para lograrlo.

“Con los otros métodos de ingeniería de tejidos que existen, podemos crear las estructuras. Podemos establecer las proteínas y el andamiaje que da forma”, afirma. "Pero ahora con esto también podemos agregar las celdas en la disposición que necesitan".

Los investigadores de OHSU creen que ser capaz de replicar con precisión un órgano, célula por célula, es la clave para crear órganos trasplantables que realmente funcionen.

Brandon Swanson, Jes Burns / OPB

Pero hay muchas cosas que deben suceder antes de que sea posible crear órganos trasplantables cultivados o fabricados en laboratorio.

“Es una solución potencialmente prometedora. … En principio, eso es posible”, dice el ingeniero Yong Lin Kong de la Universidad de Utah, que se especializa en impresión biomédica 3D, pero no está relacionado con el trabajo de OHSU. Ha seguido de cerca los avances en el campo.

“Por supuesto, siempre habrá… desafíos imprevistos”, afirma. “Porque todavía tenemos mucho que aprender de la biología sobre cómo se unen las células y los tejidos. Y esa información faltante podría ser el siguiente obstáculo una vez que hayan construido esos sistemas”.

Pero incluso antes de eso, afirma Bertassoni, los desafíos que supone construir algo tan grande como un órgano humano son considerables. Y conseguir el nivel necesario de construcción de células de precisión a una escala que sea significativa para el cuerpo humano es una tarea importante.

“Puedes colocar tres celdas una cerca de la otra; sí, eso es genial. Eso es importante. ¿Pero puedes [colocar] tres o cuatro celdas, cuatro millones de veces? Que es realmente lo que se necesitaría para construir un hígado completo”, afirma.

Y esta es la dirección en la que va el laboratorio de OHSU.

"Este es solo el comienzo. Estamos refinando nuestros procesos. Estamos ampliando la escala. Estamos haciendo esto más rápido y reproducible, dice Helms.

Bertassoni reconoce que queda un largo camino por recorrer para la tecnología de impresión de precisión. Pero las implicaciones de este enfoque para la atención sanitaria personalizada son nada menos que asombrosas.

“Si entras a un hospital y dices: 'Tengo insuficiencia hepática, necesito un hígado nuevo'”, dice Bertassoni, imaginando un escenario en un futuro no muy lejano.

“[Y dices] 'Espera un momento, te voy a imprimir un hígado'. Y traes un hígado que es específico para ese paciente... Luego, cambias la medicina para siempre”.

Esta historia fue producida como parte de la serie científica de OPB “Toda ciencia. Sin ficción”. que se centra en la investigación basada en soluciones que se lleva a cabo en el noroeste del Pacífico.

¿Está interesado en aprender más sobre la increíble investigación sobre biofabricación que se lleva a cabo en OSHU? ¿Disfrutas de tu ciencia en forma de video? Vea los últimos episodios de “All Science. Sin ficción”.

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Etiquetas:Ciencia y medio ambiente, toda ciencia, no ficción