De Wikipedia, la enciclopedia libre
Saltar a navegación Saltar a búsqueda

La bioimpresión magnética 3D es una metodología que emplea nanopartículas magnéticas biocompatibles para imprimir células en estructuras 3D o cultivos celulares en 3D . En este proceso, las células se etiquetan con nanopartículas magnéticas ( nanoshuttle ) que se utilizan para hacerlas magnéticas. [1] [2] Una vez que son magnéticas, estas células se pueden imprimir rápidamente en patrones 3D específicos utilizando fuerzas magnéticas externas que imitan la estructura y función del tejido.

Principio general [ editar ]

El uso de la bioimpresión magnética en 3D tiene varias ventajas sobre otras modalidades de impresión en 3D, como la extrusión , la fotolitografía y la estereolitografía . Esto incluye el proceso de bioimpresión rápido (15 min - 1 h) en comparación con los procesos de días de otros; [3] [4] la síntesis endógena de matriz extracelular (MEC) sin la necesidad de un sustrato proteico artificial ; y fino control espacial. [5] [6] [7] Con este sistema, cultivo celular 3Dlos modelos se pueden imprimir rápidamente, desde simples esferoides y anillos, hasta modelos organotípicos más complejos, como el pulmón, [5] la válvula aórtica [6] y la grasa. [7]

Historia [ editar ]

Nano3D Biosciences, Inc. está comercializando el primer sistema de bioimpresión 3D disponible comercialmente. La primera aplicación de este sistema es para la detección de drogas de alto rendimiento y alto contenido. [8]

Proceso [ editar ]

Las células primero deben incubarse en presencia de nanopartículas magnéticas para hacerlas más susceptibles a la manipulación a través de campos magnéticos. El sistema desarrollado por Nano3D Biosciences utiliza un "nanoshuttle" que es un conjunto de nanopartículas que consta de oro, óxido de hierro magnético y poli-L-lisina que ayuda a la adhesión a la membrana celular a través de interacciones electrostáticas. [5] En este sistema, las células se imprimen magnéticamente en patrones 3D (anillos o puntos) utilizando campos generados por imanes permanentes. Las células dentro de la construcción impresa interactúan con las células circundantes y el ECM para migrar, proliferar y finalmente encoger la estructura, típicamente dentro de las 24 horas.

Cuando se usa como un ensayo de toxicidad, esta contracción varía con la concentración del fármaco y es una métrica libre de etiquetas de la función celular que se puede capturar y medir fácilmente con imágenes de campo claro. [8] En el sistema desarrollado por Nano3D Biosciences, el tamaño del patrón se puede capturar usando un sistema basado en iPod, que se programa usando una aplicación disponible gratuitamente (Asistente Experimental) para obtener imágenes de placas enteras de hasta 96 estructuras en pequeños intervalos. (tan pequeño como 1 s) para capturar de manera eficiente la farmacodinámica. Los resultados que emplean la bioimpresión magnética en 3D se publicaron recientemente en Scientific Reports en octubre de 2013. [8]

Diamagnetoforesis [ editar ]

Las células se pueden ensamblar sin usar nanopartículas magnéticas empleando diamagnetismo . Algunos materiales son fuertemente atraídos o susceptibles a los imanes que otros. Los materiales con mayor susceptibilidad magnética experimentarán una atracción más fuerte hacia un imán y se moverán hacia él. El material débilmente atraído con menor susceptibilidad se desplaza a regiones de campo magnético más bajo que se encuentran lejos del imán. Al diseñar campos magnéticos e imanes cuidadosamente dispuestos, es posible utilizar las diferencias en las susceptibilidades magnéticas de dos materiales para concentrar solo uno dentro de un volumen.

Un ejemplo se encuentra en el trabajo en el que se formuló un bioenlace suspendiendo células de cáncer de mama humano en un medio de cultivo celular que contenía la sal paramagnética, sal dihidrógeno de gadolinio (III) del ácido dietilentriaminopentaacético hidrato (Gd-DTPA). Como la mayoría de las células, estas células de cáncer de mama son atraídas mucho más débilmente por los imanes que el Gd-DTPA, que es un agente de contraste de resonancia magnética aprobado por la FDA para uso en humanos. Por lo tanto, cuando se aplicó un campo magnético, el hidrato de sal se movió hacia los imanes, desplazando las células a un área predeterminada de mínima intensidad de campo magnético, lo que sembró la formación de un cúmulo de células 3D. [9]

Aplicación [ editar ]

La bioimpresión magnética en 3D se puede utilizar para detectar toxicidad cardiovascular , que representa el 30% de las retiradas de medicamentos. [10] Las células del músculo liso vascular se imprimen magnéticamente en anillos 3D para imitar los vasos sanguíneos que pueden contraerse y dilatarse. Este sistema podría potencialmente reemplazar los experimentos que utilizan tejido ex vivo, que son costosos y producen pocos datos por experimento. Además, la bioimpresión magnética en 3D puede utilizar células humanas para aproximar una respuesta humana in vivo mejor que con un modelo animal. Esto ha sido demostrado por el bioensayo que combina los beneficios de la bioimpresión 3D en la construcción de estructuras similares a tejidos para su estudio con la velocidad de la impresión magnética.

Usuarios [ editar ]

Los usuarios objetivo de la bioimpresión magnética en 3D se encuentran en las industrias farmacéutica y CRO , donde este sistema puede integrarse al principio del proceso de descubrimiento de fármacos como una pantalla de compuestos de toxicidad y eficacia. En el futuro, la bioimpresión magnética 3D podría aplicarse al campo de la medicina regenerativa y la organogénesis . En general, la bioimpresión magnética en 3D es una herramienta eficaz para crear modelos fieles de tejido nativo.

Ver también [ editar ]

  • Bioimpresión
  • Organovo

Referencias [ editar ]

  1. ^ Souza GR, Molina JR, Raphael RM, Ozawa MG, Stark DJ, Levin CS, Bronk LF, Ananta JS, Mandelin J, Georgescu MM, Bankson JA, Gelovani JG, Killian TC, Arap W, Pasqualini R (abril de 2010). "Cultivo de tejidos tridimensional basado en levitación celular magnética" . Nanotecnología de la naturaleza . 5 (4): 291–6. Código Bibliográfico : 2010NatNa ... 5..291S . doi : 10.1038 / nnano.2010.23 . PMC  4487889 . PMID  20228788 .
  2. ^ Haisler WL, Timm DM, Gage JA, Tseng H, Killian TC, Souza GR (octubre de 2013). "Cultivo de células tridimensionales por levitación magnética". Protocolos de la naturaleza . 8 (10): 1940–9. doi : 10.1038 / nprot.2013.125 . PMID 24030442 . S2CID 24247462 .  
  3. ^ Friedrich J, Seidel C, Ebner R, Kunz-Schughart LA (2009). "Detección de drogas basada en esferoides: consideraciones y enfoque práctico". Protocolos de la naturaleza . 4 (3): 309–24. doi : 10.1038 / nprot.2008.226 . PMID 19214182 . S2CID 21783074 .  
  4. ^ Seiler AE, Spielmann H (junio de 2011). "La prueba validada de células madre embrionarias para predecir la embriotoxicidad in vitro". Protocolos de la naturaleza . 6 (7): 961–78. doi : 10.1038 / nprot.2011.348 . PMID 21720311 . S2CID 5643556 .  
  5. ^ a b c Tseng H, Gage JA, Raphael RM, Moore RH, Killian TC, Grande-Allen KJ, Souza GR (septiembre de 2013). "Montaje de un modelo de cocultivo de bronquiolos multitipo tridimensional mediante levitación magnética" (PDF) . Ingeniería de tejidos. Parte C, Métodos . 19 (9): 665–75. doi : 10.1089 / ten.tec.2012.0157 . hdl : 1911/70947 . PMID 23301612 .  
  6. ^ a b Tseng H, Balaoing LR, Grigoryan B, Raphael RM, Killian TC, Souza GR, Grande-Allen KJ (enero de 2014). "Un modelo de co-cultivo tridimensional de la válvula aórtica mediante levitación magnética". Acta Biomaterialia . 10 (1): 173–82. doi : 10.1016 / j.actbio.2013.09.003 . PMID 24036238 . 
  7. ↑ a b Daquinag AC, Souza GR, Kolonin MG (mayo de 2013). "Ingeniería de tejido adiposo en sistema de cultivo de tejido de levitación tridimensional basado en nanopartículas magnéticas" (PDF) . Ingeniería de tejidos. Parte C, Métodos . 19 (5): 336–44. doi : 10.1089 / ten.tec.2012.0198 . PMC 3603558 . PMID 23017116 .   
  8. ^ a b c Timm DM, Chen J, Sing D, Gage JA, Haisler WL, Neeley SK, et al. (Octubre 2013). "Un ensayo de migración celular tridimensional de alto rendimiento para la detección de toxicidad con análisis de imágenes macroscópicas basado en dispositivos móviles" . Informes científicos . 3 : 3000. Código Bibliográfico : 2013NatSR ... 3E3000T . doi : 10.1038 / srep03000 . PMC 3801146 . PMID 24141454 .  
  9. ↑ Mishriki S, Abdel Fattah AR, Kammann T, Sahu RP, Geng F, Puri IK (2019). "Impresión 3D magnética rápida de estructuras celulares con tintas celulares MCF-7" . Investigación . 2019 : 9854593. doi : 10.34133 / 2019/9854593 . PMC 6750075 . PMID 31549098 .  
  10. ^ Gwathmey JK, Tsaioun K, Hajjar RJ (junio de 2009). "Cardionomics: un nuevo enfoque integrador para la detección de cardiotoxicidad de candidatos a fármacos". Opinión de expertos sobre metabolismo y toxicología de fármacos . 5 (6): 647–60. doi : 10.1517 / 17425250902932915 . PMID 19442031 . S2CID 37441896 .  

Lectura adicional [ editar ]

  • Tran J (2015). "Bioimpresión o no bioimpresión". Revista de derecho y tecnología de Carolina del Norte . 17 : 123–78. SSRN  2562952 .
  • Tran J (2015). "Patente de bioimpresión". Compendio de la Revista de Derecho y Tecnología de Harvard . SSRN  2603693 .