Las células vivas se convierten en su propio biotinta 3D a densidades de tejido nativo

El bioimprensión convencional embebe las células dentro de andamios de hidrogel para mantener la integridad estructural, pero esto diluye la densidad celular muy por debajo de los niveles fisiológicos—limitando típicamente los constructos a 10⁶–10⁷ células/mL frente a los ~10⁹ células/mL presentes en los tejidos nativos. El resultado es una señalización célula-célula comprometida, deriva fenotípica y funcionalidad tisular reducida. Este estudio liderado por Harvard presenta una estrategia fundamentalmente diferente: diseñar las propias células para que se conviertan en la biotinta.

El equipo sintetizó OMHA (ácido hialurónico oxidado y metacrilado), un enlazador bifuncional que se une rápidamente a los grupos amina de las membranas celulares mediante acoplamiento amina-aldehído, injertando grupos metacrilato fotorreactivos directamente sobre la superficie celular. Cuando una suspensión de células modificadas con OMHA se expone a luz DLP con un sistema fotoiniciador de rutenio/persulfato de sodio, las células se entrecruzan fotoquímicamente entre sí en cuestión de segundos—sin necesidad de hidrogel másico. Las densidades imprimibles alcanzaron 10⁹ células/mL, esencialmente material celular puro, con una resolución de detalle fino de hasta 200 μm de anchura de línea.

De manera crítica, la modificación con OMHA preservó la función biológica. Las células madre embrionarias (ESCs) mantuvieron los marcadores de pluripotencia Sox-2 y Oct3/4, formaron cuerpos embrioides con un rendimiento del 100 % y se diferenciaron normalmente en organoides corticales con fracciones equivalentes de neuronas NeuN+ (~33 %) en comparación con los controles no modificados. El análisis reológico confirmó que las células modificadas con OMHA se comportaban mecánicamente de forma idéntica a las suspensiones celulares no modificadas, lo que indica que no hubo alteración de la viscoelasticidad citoesquelética.

Utilizando CLINK, el equipo construyó una impresionante colección de modelos de tejido funcional. Se fabricaron minicorazones con latido espontáneo y cámaras huecas enteramente a partir de cardiomiocitos derivados de células madre. Los modelos de circuitos neurales conectados capturaron comportamientos de señalización electrofisiológica. Los constructos vasculares hepáticos demostraron función metabólica hepática adecuada tanto para pruebas farmacológicas in vitro como para implantación in vivo. Los implantes de células MSC/endoteliales con patrón reprodujeron las interacciones celulares propias de la cicatrización de heridas y mostraron capacidad para la integración vascular con el huésped. Constructos multicelulares—incluyendo estructuras similares a alvéolos, modelos del microambiente tumoral y análogos de la pared vascular—se imprimieron con límites nítidos entre poblaciones celulares.

Una delgada capa transitoria de alginato (0,25 w/v%) estabilizó los constructos recién impresos durante ~24 horas hasta que se formaron los contactos célula-célula naturales, y posteriormente fue disuelta con EDTA—una solución elegante a la fragilidad temprana de las estructuras sin andamio. La viabilidad celular y la actividad metabólica se mantuvieron elevadas durante 14 días tras la impresión. En comparación con el HA metacrilado (HAMA) como enlazador alternativo convencional, CLINK admitió densidades mucho mayores y un rendimiento celular post-impresión superior. Los autores reconocen que el crecimiento sobreconfluyente dentro de volúmenes bioimprimidos confinados puede provocar una desprendimiento parcial con el tiempo, y que la traducción a implantes de escala clínica requerirá una validación adicional en modelos animales de mayor tamaño.