Consiguen “imprimir” estructuras vivas con una tinta hecha a base de células

Un equipo de investigadores, mayoritariamente de la Universidad de Harvard y del Hospital Brigham and Women's, han desarrollado una tinta en 3D con la que se pueden crear estructuras vivas.

Desde hace años los científicos ya venían investigando métodos para desarrollar medios en los que crear materiales vivos para una amplia gama de aplicaciones. Auténtica ingeniería de tejidos. Aunque es que es cierto que se habían dado grandes pasos, el lograr cualquier estructura tridimensional a demanda no parecía tarea fácil. El nuevo paso dado por los firmantes del artículo ha sido el uso de la polifacética Escherichia coli para producir un producto que puede usarse como base para luego ser implementado en impresoras 3D, como si fuese cualquier tinta. Casi nada, pues ni mucho menos se trata de una tarea sencilla.

Los primeros pasos estuvieron enmarcados en la bioingeniería de las bacterias, cuyo objetivo aquí fue el de producir nanofibras vivas. El siguiente escalón sería agrupar estas delgadas fibras, para luego agregarle otros componentes con el fin de convertirlo en una tinta viva compatible con impresoras 3D convencionales. Cuando vieron que el proceso era viable, el equipo volvió a la bioingeniería con otras bacterias para producir otros tipos de nanofibras vivas que agregaron a su tinta, a la que han llamado “tinta microbiana”.

Ingeniería de tejidos: escribiendo la vida

La investigación ha sido publicada en la revista Nature Communications, bajo el título Programmable microbial ink for 3D printing of living materials produced from genetically engineered protein nanofibers. En el trabajo se explica con detalle la estrategia que han seguido los autores para lograr fabricar esta tinta biológica innovadora. El producto final debía tener una consistencia parecida a la pasta de dientes: lo suficientemente firme para mantener su forma en reposo pero con el punto de fluidez necesario (no más) para fluir ante la presión por la boquilla de la impresora: “Una biotinta imprimible requiere una viscosidad lo suficientemente baja como para facilitar la extrusión, pero lo suficientemente alta como para conservar su forma tras la impresión”. La extrusión es el proceso por el cual se hace pasar una masa metálica o de otros materiales por un orificio u otras cavidades para conseguir hilarlo o aplanarlo. Neel Joshi, co-autor del estudio, afirmó que “los hidrogeles fluyen por cizallamiento, disminuyendo su viscosidad al aumentar la fuerza cortante”.

Para lograr la viscoelasticidad deseada se basaron en una estrategia de reticulación genéticamente programada inspirada en la fibrina, una proteína involucrada en la coagulación sanguínea. La fibrina es una especie de pegamento entre las plaquetas cuando se exponen a una herida. La polimerización de la fibrina se impulsa en parte por la interacción entre dos dominios en los extremos de la cadena alfa (dominio “knob”) y de la cadena gamma (dominio “hole”). Se unen por el denominado “botón en ojal” (knob into hole). “Nuestro diseño de tinta microbiana reutiliza esta interacción de unión entre los dominios alfa y gamma, es decir, el ensamblaje botón en ojal, para introducir enlaces cruzados no covalentes entre las nanofibras y así mejorar la consistencia mecánica mientras permanecen las propiedades de adelgazamiento por cizallamiento”. Para conseguirlo, usaron una técnica que ellos mismos desarrollaron en su laboratorio y que publicaron en 2014: Biofilm Integrated Nanofiber Display (BIND).

“Al introducir células de E. coli genéticamente programadas en la tinta microbiana, logramos la impresión 3D de material vivo terapéutico, material vivo de secuestro y material vivo auto regulable”, continúa Joshi. Una de estas impresiones fue un material que segregaba azurina. La azurina es una cuproprotreína bacteriana que bloquea la proliferación celular del cáncer de mama e induce la apoptosis (muerte celular programada) a través de la vía mitocondrial, por lo que se abre una interesante aplicación en quimioterapia para el tratamiento del cáncer de mama. Otra de las creaciones del equipo ha sido un material vivo capaz de secuestrar bisfenol A, sin la ayuda de otros productos químicos. El bisfenol A (BPA) es una toxina que ha llegado al medio ambiente. El BPA es un compuesto orgánico tóxico y fue secuestrado por el material impreso hasta el un 27 % después de 24 horas.

Impresoras en la Luna

arti3d
(i) Cuadrícula de una sola capa. (j) Cuadrado de diez capas. (k) Círculo de diez capas. (l) Cono sólido de 21 capas

Las aplicaciones de esta revolucionaria tecnología van mucho más allá de hacer cuadrículas, cuadrados, círculos o conos (véase la imagen adjunta). Los investigadores piensan que el concepto puede derivar en una tinta que se autofabrica bajo unas condiciones determinadas. Mediante esta incipiente técnica de ingeniería de microbios podría motivarse a estos a que produjesen copias de sí mismos, es decir, literalmente cultivar la tinta en frascos. En esta línea, la tinta podría usarse para imprimir materiales de construcción renovables que no solo crecerían por sí mismos sino que se auto repararían si sufriesen algún tipo de daño, como si de una estrella de mar se tratase o del mismísimo T-3000 de la mítica saga filmográfica Terminator. Por tanto, junto a la capacidad de imprimir con células vivas puede venir una auténtica ola de interesantes oportunidades de todo tipo, entre las que se encuentras aplicaciones biomédicas en las fabricación de fármacos o la eliminación de toxinas en el aire. Serían también unos materiales ideales para levantar construcciones autosuficientes en la Tierra, la Luna o Marte. En definitiva, sería una opción ideal para construcciones en otros mundos donde el transporte de materia prima es limitado o prácticamente imposible. Las construcciones se harían in situ, con recursos extremadamente limitados, solamente lo justo y necesario. Un futuro en el que los astronautas llevasen consigo biotinta microbiana para imprimir en 3D los materiales y estructuras que fuesen a necesitar. Viajantes del espacio con frascos e impresoras. Nada más. Tal vez en el futuro veamos impresoras en la Luna.

Eugenio Manuel Fernández Aguilar

Eugenio Manuel Fernández Aguilar

Soy físico de formación, aunque me interesan todas las disciplinas científicas. He escrito varios libros de divulgación científica y me encanta la Historia de la Ciencia.

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