Bioimpresión integrada de estructuras similares a tejidos utilizando medio sub-microgel de κ-carragenina

Los andamios de ingeniería de tejidos, incluidas las fibras electrohiladas, las esponjas porosas y los hidrogeles poliméricos, desempeñan un papel fundamental en la reparación y reconstrucción de tejidos y órganos dañados al proporcionar un marco estructural que apoya el crecimiento celular, la regeneración de tejidos y la restauración de la función de los órganos ^1,2,3. Sin embargo, los andamios tradicionales enfrentan desafíos para replicar con precisión las estructuras de los tejidos nativos, lo que lleva a un desajuste entre los tejidos diseñados y los naturales. Esta limitación dificulta la cicatrización eficiente de los tejidos defectuosos, lo que enfatiza la necesidad urgente de avances en el diseño de andamios para lograr una biomímesis más precisa. La bioimpresión tridimensional (3D) es una técnica de fabricación innovadora que construye con precisión estructuras complejas de tejidos biológicos capa por capa utilizando biomateriales, tintas y células⁴. Entre varios biomateriales, los hidrogeles poliméricos emergen como biotintas ideales con su red distintiva que facilita la encapsulación in situ de las células y apoya su crecimiento de manera crucial ^5,6. Sin embargo, muchos hidrogeles blandos y altamente hidratados tienden a inducir un desenfoque o un colapso rápido de las estructuras de andamios impresas durante el proceso de impresión cuando se utilizan como biotintas. Para hacer frente a este desafío, la tecnología de bioimpresión 3D integrada emplea un baño de microgel como material de soporte, lo que permite una deposición precisa de biotinta blanda. Tras la gelificación de las biotintas de hidrogel, se obtienen andamios biónicos refinados con estructuras intrincadas mediante la eliminación del baño de microgel. Materiales como la gelatina ^7,8, la agarosa⁹ y la goma gellan^10,11 se han empleado para crear baños de microgel para la bioimpresión 3D integrada, lo que ha avanzado significativamente en la aplicación de hidrogeles blandos en la ingeniería de tejidos. Sin embargo, el tamaño de partícula a nivel de micras y no uniforme de estos geles de partículas afecta negativamente la resolución y la fidelidad de la impresión 3D 12,13,14. Existe una necesidad urgente de fabricar un flotador de suspensión similar a un gel con partículas pequeñas y uniformemente dispersas, que ofrezca ventajas para lograr una bioimpresión de alta fidelidad.

En este protocolo, se presenta un novedoso baño de suspensión de κ-carragenina granulado de sacrificio con un nivel submicrónico uniforme para la impresión 3D integrada. Este innovador comportamiento de baño de sub-microgel de transición rápida de atasco-desatasco facilita la fabricación precisa de andamios de hidrogel biomimético con alta fidelidad estructural¹⁵. Utilizando este nuevo medio de suspensión, se imprimen con éxito una serie de construcciones biomiméticas de tejidos y órganos con estructuras de tejido multicapa, empleando una biotinta compuesta por metacrilato de gelatina y fibrometacrilato de seda. En este estudio, elegimos el esófago como objeto biomimético de bioimpresión 3D principalmente porque el esófago no solo tiene una estructura de tejido de múltiples capas, sino que también su capa muscular exhibe una estructura de capas compleja circular interna y longitudinal externa. Asegurar la alineación y organización adecuadas de estas capas es esencial para la regeneración funcional de los tejidos. Por lo tanto, deseamos mucho replicar la arquitectura multicapa del esófago. Y lo que es más importante, utilizamos submicrogeles de κ-carragenina como baño de suspensión y GelMA/SFMA como biotinta para diseñar y construir un andamio biomimético para la ingeniería de tejidos. El esófago impreso se puede liberar fácilmente mediante un lavado repetido con solución salina tamponada con fosfato. Además, el baño de submicrogel de κ-carragenina está libre de sustancias citotóxicas, lo que garantiza una alta citocompatibilidad¹⁵. Las células musculares lisas cargadas dentro de andamios anisotrópicos exhiben una notable actividad de propagación. Este medio de suspensión uniforme de submicrogel ofrece una nueva vía para la fabricación de tejidos y órganos complejos a través de la bioimpresión 3D integrada.