Recrear el comportamiento de los tejidos humanos en un laboratorio es uno de los grandes desafíos de la ciencia biomédica. Comprender cómo se contrae un corazón enfermo, cómo interactúa un ligamento con el hueso o cómo se propaga la fibrosis requiere sistemas que imiten lo que ocurre en el cuerpo. Ahora, un equipo de investigadores de la Universidad de Washington ha desarrollado un dispositivo impreso en 3D que permite modelar tejidos complejos con una precisión sin precedentes.
El dispositivo, llamado STOMP (Suspended Tissue Open Microfluidic Patterning), es pequeño, pero poderoso. Tiene el tamaño de una uña, pero su impacto potencial es enorme: podría revolucionar la ingeniería de tejidos al permitir estudiar distintos tipos celulares y su comportamiento en regiones específicas del tejido, como ocurre en enfermedades reales.
A diferencia de otros métodos que solo permiten observar un tipo celular por experimento, STOMP ofrece la posibilidad de reproducir múltiples zonas dentro de un mismo tejido, imitando con más fidelidad la complejidad de los órganos humanos. Esta capacidad resulta clave para estudiar enfermedades donde coexisten tejidos sanos y dañados, como en la fibrosis cardíaca o en trastornos musculoesqueléticos.
Además, al permitir un control milimétrico sobre la distribución celular, el dispositivo abre nuevas vías para diseñar terapias personalizadas y entender mejor los procesos biológicos en entornos tridimensionales.
Un sistema que funciona como un molde de gelatina
STOMP se basa en una versión avanzada del método de “moldeo” de tejidos. De forma similar a preparar una gelatina con frutas, los científicos mezclan células con materiales sintéticos y los introducen en un pequeño marco. Allí, la acción capilar distribuye los componentes de forma precisa, como si se repartieran trozos de fruta en una gelatina.
Esta distribución precisa permite crear zonas diferenciadas dentro del mismo tejido. Por ejemplo, se pueden generar regiones de tejido sano junto a zonas con células enfermas, simulando con realismo lo que ocurre en patologías como la fibrosis cardíaca. Esto abre nuevas posibilidades para estudiar señales celulares, interacciones entre tipos celulares y respuestas a tratamientos.
Otra ventaja clave del sistema es su capacidad para generar estos patrones sin necesidad de equipos complejos o costosos. STOMP utiliza un canal microfluídico abierto con geometrías especialmente diseñadas que guían la distribución celular mediante fenómenos físicos naturales.
Gracias a esta simplicidad operativa, el dispositivo puede ser adoptado fácilmente por otros laboratorios, facilitando la expansión de modelos tridimensionales más realistas en estudios de enfermedades complejas o en la investigación básica de ingeniería de tejidos.
Reproduciendo un ligamento y un corazón enfermo
El dispositivo permite estudiar interacciones en tejidos que antes eran difíciles de modelar, como las conexiones entre tejido conectivo, nervios y músculo. Esto tiene implicaciones en enfermedades neuromusculares, cáncer o fibrosis, donde la arquitectura del tejido es clave para entender la progresión del daño.
El equipo de investigación puso a prueba el dispositivo en dos aplicaciones biomédicas de alta relevancia. En uno de los modelos, lograron recrear el ligamento periodontal, una estructura que conecta el diente con el hueso de la mandíbula. Esta zona requiere una transición precisa entre diferentes tipos celulares y tejidos, algo difícil de conseguir en modelos convencionales.
En el segundo experimento, construyeron tejidos cardíacos artificiales, tanto sanos como enfermos, para comparar sus patrones de contracción. Gracias al diseño del dispositivo, pudieron observar diferencias en la fuerza y dinámica del latido de forma precisa, lo que valida su utilidad para estudiar enfermedades cardiovasculares.
La posibilidad de reproducir gradientes de células o zonas específicas enfermas permite crear modelos experimentales realistas. Estos modelos podrán usarse para probar fármacos o entender cómo se propaga una enfermedad a través del tejido.
Aplicaciones para modelar enfermedades humanas complejas
Además del control espacial, la tecnología incorpora una innovación fundamental: paredes laterales fabricadas con hidrogel degradable. Estos materiales, desarrollados por el grupo del profesor Cole DeForest, permiten eliminar el armazón del dispositivo sin dañar el tejido suspendido.
De este modo, los investigadores pueden extraer el tejido intacto y analizarlo con otras técnicas, como microscopía de alta resolución o estudios moleculares. Esta propiedad amplía enormemente las posibilidades de uso de STOMP en investigación biomédica avanzada.
“Normalmente, cuando pones células en un gel 3D usarán sus propias fuerzas contráctiles para unir todo, lo que hace que el tejido se encoja de las paredes del molde”, dijo Nathan J. Sniadecki del Instituto de Células Madre y Medicina Regenerativa de la Universidad de Washington.
“Pero no todas las células son súper fuertes, y no todos los biomateriales pueden remodelarse de esa manera. Así que ese tipo de calidad antiadherente nos dio más versatilidad”.
La capacidad de retirar el marco sin comprometer la integridad del modelo también favorece su uso en ensayos farmacológicos. Los tejidos generados con STOMP pueden ser expuestos a fármacos o terapias genéticas y luego extraídos fácilmente para evaluar los efectos con gran nivel de detalle, sin las interferencias que suelen introducir otros sistemas de cultivo. Esto convierte al dispositivo en una herramienta versátil para múltiples disciplinas científicas.
Un diseño sencillo que puede adoptarse fácilmente
Uno de los mayores logros es su facilidad de uso. No requiere maquinaria compleja, ya que funciona por capilaridad, y puede incorporarse a sistemas ya existentes. El dispositivo se acopla a un sistema de postes que ya se usaba para medir la fuerza de contracción de células del corazón.
Esto lo convierte en una herramienta accesible para muchos laboratorios de investigación. Su bajo costo, diseño simple y gran versatilidad podrían acelerar la adopción de modelos tridimensionales de tejido en la investigación biomédica.
El desarrollo fue posible gracias a la colaboración entre químicos, bioingenieros, odontólogos y expertos en medicina regenerativa. El proyecto demostró el valor de la ciencia interdisciplinaria para resolver problemas complejos.
Los autores creen que el dispositivo puede ser clave para estudiar el comportamiento celular y la regeneración de tejidos. Además, podría utilizarse en estudios de señalización, desarrollo embrionario o investigación de fármacos personalizados.
Una herramienta para el futuro de la medicina personalizada
La capacidad de reproducir entornos celulares complejos permitirá crear modelos personalizados de enfermedades a partir de células de pacientes. Esto allana el camino hacia terapias adaptadas a cada individuo, evaluadas en modelos realistas, sin recurrir a animales.
Este es un ejemplo de cómo la impresión 3D y la microfluídica se combinan para resolver problemas biomédicos reales. Su diseño compacto, accesible y versátil podría hacer que modelar tejidos humanos complejos sea tan sencillo como hacer gelatina, pero con un impacto enorme en la medicina del futuro.
“Este método abre nuevas posibilidades para la ingeniería de tejidos y la investigación de señalización celular”, dijo. “Fue un verdadero esfuerzo de equipo de múltiples grupos trabajando en todas las disciplinas”, dijo Ashleigh B. Theberge del departamento de química de la Universidad de Washington.
Referencias
- Haack AJ, Brown L, DeForest C, Popowics T, Theberge A, Sniadecki NJ. Suspended Tissue Open Microfluidic Patterning (STOMP). Adv Sci. (2025). doi:10.1002/advs.202501148
Cortesía de Muy Interesante
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