Ingeniería de tejidos

La ingeniería de tejidos es una disciplina de ingeniería biomédica que utiliza una combinación de células , ingeniería , métodos de materiales y factores bioquímicos y fisicoquímicos adecuados para restaurar, mantener, mejorar o reemplazar diferentes tipos de tejidos biológicos . La ingeniería de tejidos a menudo implica el uso de células colocadas en armazones de tejido en la formación de tejido nuevo viable para un propósito médico, pero no se limita a aplicaciones que involucran células y armazones de tejido. Si bien alguna vez fue categorizado como un subcampo de biomateriales , habiendo crecido en alcance e importancia, puede considerarse como un campo en sí mismo.

A lo largo de la última década en el campo de la ingeniería de tejidos, nuevas fuentes de células, materiales de ingeniería y técnicas de arquitectura de tejidos han proporcionado tejidos de ingeniería que restauran, mantienen, mejoran o reemplazan mejor los tejidos biológicos.
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Qué es la ingeniería de tejidos y cómo funciona

Si bien la mayoría de las definiciones de ingeniería de tejidos cubren una amplia gama de aplicaciones, en la práctica el término está estrechamente asociado con aplicaciones que reparan o reemplazan partes o tejidos completos (es decir, huesos , cartílagos , [1] vasos sanguíneos , vejiga , piel , músculos , etc. .). A menudo, los tejidos involucrados requieren ciertas propiedades mecánicas y estructurales para su correcto funcionamiento. El término también se ha aplicado a los esfuerzos para realizar funciones bioquímicas específicas utilizando células dentro de un sistema de apoyo creado artificialmente (por ejemplo, un páncreas artificial o un hígado bio artificial ). El término medicina regenerativa se utiliza a menudo como sinónimo de ingeniería de tejidos, aunque quienes participan en la medicina regenerativa ponen más énfasis en el uso de células madre o células progenitoras para producir tejidos.

Cultivos de micro-masa de células C3H-10T1 / 2 a tensiones de oxígeno variadas teñidas con azul alcián

Una definición comúnmente aplicada de la ingeniería de tejidos, según lo establecido por Langer [2] y Vacanti, [3] es "un campo interdisciplinario que aplica los principios de la ingeniería y las ciencias de la vida hacia el desarrollo de sustitutos biológicos que restauran, mantienen o mejoran [Biological tejido] función o un órgano completo ". [4] Además, Langer y Vacanti también afirman que hay tres tipos principales de ingeniería de tejidos: células, sustancias inductoras de tejidos y un enfoque de células + matriz (a menudo denominado andamio). La ingeniería de tejidos también se ha definido como "comprender los principios del crecimiento tisular y aplicarlos para producir tejido de reemplazo funcional para uso clínico". [5] Una descripción adicional continúa diciendo que una "suposición subyacente de la ingeniería de tejidos es que el empleo de la biología natural del sistema permitirá un mayor éxito en el desarrollo de estrategias terapéuticas dirigidas al reemplazo, reparación, mantenimiento o mejora del tejido función". [5]

Los desarrollos en el campo multidisciplinario de la ingeniería de tejidos han producido un nuevo conjunto de piezas de reemplazo de tejidos y estrategias de implementación. Los avances científicos en biomateriales , células madre, factores de crecimiento y diferenciación y entornos biomiméticos han creado oportunidades únicas para fabricar o mejorar tejidos existentes en el laboratorio a partir de combinaciones de matrices extracelulares diseñadas ("andamios"), células y moléculas biológicamente activas. Entre los principales desafíos a los que se enfrenta ahora la ingeniería de tejidos se encuentra la necesidad de una funcionalidad, estabilidad biomecánica y vascularización más complejas en tejidos cultivados en laboratorio destinados a trasplantes. [6] El éxito continuo de la ingeniería de tejidos y el eventual desarrollo de verdaderas piezas de repuesto humanas surgirán de la convergencia de los avances de la ingeniería y la investigación básica en tejidos, matrices, factores de crecimiento, células madre y biología del desarrollo, así como en la ciencia de los materiales y bioinformática.

En 2003, la NSF publicó un informe titulado "El surgimiento de la ingeniería de tejidos como campo de investigación", que ofrece una descripción detallada de la historia de este campo. [7]

Los orígenes históricos del término no están claros ya que la definición de la palabra ha cambiado a lo largo de las últimas décadas. El término apareció por primera vez en una publicación de 1984 que describía la organización de una membrana similar al endotelio en la superficie de una prótesis oftálmica sintética de implantación larga [8]

El primer uso moderno del término tal como se reconoce hoy fue en 1985 por el investigador, fisiólogo y bioingeniero YC Fung del Centro de Investigación en Ingeniería. Propuso la unión de los términos tejido (en referencia a la relación fundamental entre células y órganos) e ingeniería (en referencia al campo de modificación de dichos tejidos). El término fue adoptado oficialmente en 1987. [8]

Era antigua (anterior al siglo XVII)

Una comprensión rudimentaria del funcionamiento interno de los tejidos humanos puede remontarse más atrás de lo que la mayoría esperaría. Ya en el período neolítico, las suturas se usaban para cerrar heridas y ayudar en la curación. Más tarde, sociedades como el antiguo Egipto desarrollaron mejores materiales para coser heridas como las suturas de lino. Alrededor del 2500 a. C. en la antigua India, los injertos de piel se desarrollaron cortando la piel de la nalga y suturándola a los sitios de las heridas en la oreja, la nariz o los labios. Los antiguos egipcios a menudo injertaban piel de cadáveres en humanos vivos e incluso intentaban usar miel como un tipo de antibiótico y grasa como barrera protectora para prevenir infecciones. En los siglos I y II d.C., los galo-romanos desarrollaron implantes de hierro forjado y se podían encontrar implantes dentales en los antiguos mayas. Ilustración (Siglo XVII-Siglo XIX) Si bien estas sociedades antiguas habían desarrollado técnicas que estaban muy por delante de su tiempo, todavía carecían de una comprensión mecanicista de cómo reaccionaba el cuerpo a estos procedimientos. Este enfoque mecanicista vino junto con el desarrollo del método empírico de la ciencia promovido por René Descartes. Sir Isaac Newton comenzó a describir el cuerpo como una "máquina fisicoquímica" y postuló que la enfermedad era una avería en la máquina. En el siglo XVII, Robert Hooke descubrió la célula y una carta de Benedict de Spinoza planteó la idea de la homeostasis entre los procesos dinámicos del cuerpo. Los experimentos de Hydra realizados por Abraham Trembley en el siglo XVIII comenzaron a profundizar en las capacidades regenerativas de las células. Durante el siglo XIX, una mejor comprensión de cómo los diferentes metales reaccionaban con el cuerpo condujo al desarrollo de mejores suturas y un cambio hacia los implantes de tornillos y placas en la fijación ósea. Además, a mediados del siglo XIX se planteó la hipótesis de que las interacciones entre la célula y el medio ambiente y la proliferación celular eran vitales para la regeneración de los tejidos.

Era moderna (siglos XX y XXI)

A medida que avanza el tiempo y la tecnología, existe una necesidad constante de cambiar el enfoque que adoptan los investigadores en sus estudios. La ingeniería de tejidos ha seguido evolucionando durante siglos. Al principio, la gente solía mirar y usar muestras directamente de cadáveres humanos o animales. Ahora, los ingenieros de tejidos tienen la capacidad de rehacer muchos de los tejidos del cuerpo mediante el uso de técnicas modernas como la microfabricación y la bioimpresión tridimensional junto con células de tejido / células madre nativas. Estos avances han permitido a los investigadores generar nuevos tejidos de una manera mucho más eficiente. Por ejemplo, estas técnicas permiten una mayor personalización, lo que permite una mejor biocompatibilidad, una menor respuesta inmune, integración celular y longevidad. No hay duda de que estas técnicas seguirán evolucionando, ya que hemos seguido viendo evolucionar la microfabricación y la bioimpresión durante la última década.

En 1960, Wichterle y Lim fueron los primeros en publicar experimentos sobre hidrogeles para aplicaciones biomédicas usándolos en la construcción de lentes de contacto. El trabajo en el campo se desarrolló lentamente durante las siguientes dos décadas, pero luego encontró tracción cuando los hidrogeles se reutilizaron para la administración de medicamentos. En 1984, Charles Hull desarrolló la bioimpresión al convertir una impresora de inyección de tinta Hewlett-Packard en un dispositivo capaz de depositar células en 2D. La impresión 3D es un tipo de fabricación aditiva que desde entonces ha encontrado diversas aplicaciones en la ingeniería médica, debido a su alta precisión y eficiencia. Con el desarrollo del biólogo James Thompson de las primeras líneas de células madre humanas en 1998, seguido del trasplante de los primeros órganos internos cultivados en laboratorio en 1999 y la creación de la primera bioimpresora en 2003 por la Universidad de Missouri cuando imprimieron esferoides sin la necesidad de andamios, bioimpresión 3D se utilizó más convencionalmente en el campo de la medicina que nunca. Hasta ahora, los científicos han podido imprimir mini organoides y órganos en chips que han brindado información práctica sobre las funciones del cuerpo humano. Las compañías farmacéuticas están utilizando estos modelos para probar medicamentos antes de pasar a los estudios con animales. Sin embargo, todavía no se ha impreso un órgano completamente funcional y estructuralmente similar. Según los informes, un equipo de la Universidad de Utah imprimió orejas y las trasplantó con éxito a niños que nacieron con defectos que dejaron sus orejas parcialmente desarrolladas.

Hoy en día, los hidrogeles se consideran la opción preferida de bioenlaces para la bioimpresión 3D, ya que imitan la ECM natural de las células y, al mismo tiempo, contienen fuertes propiedades mecánicas capaces de sostener estructuras 3D. Además, los hidrogeles junto con la bioimpresión 3D permiten a los investigadores producir diferentes andamios que pueden usarse para formar nuevos tejidos u órganos. Los tejidos impresos en 3-D todavía enfrentan muchos desafíos, como la adición de vasculatura. Mientras tanto, la impresión 3D de partes de tejidos definitivamente mejorará nuestra comprensión del cuerpo humano, acelerando así la investigación básica y clínica.

Regenerar un oído humano usando un andamio

Según la definición de Langer y Vacanti, [4] los ejemplos de ingeniería de tejidos se clasifican en una o más de tres categorías: "sólo células", "células y andamio" o "factores inductores de tejidos".

  • Carne in vitro : tejido muscular animal artificial comestible cultivado in vitro .
  • Dispositivo hepático bioartificial , "hígado temporal", dispositivo de asistencia hepática extracorpórea (ELAD): La línea celular de hepatocitos humanos (línea C3A) en un biorreactor de fibra hueca puede imitar la función hepática del hígado en casos agudos de insuficiencia hepática. Un ELAD completamente capaz funcionaría temporalmente como el hígado de un individuo, evitando así el trasplante y permitiendo la regeneración de su propio hígado.
  • Páncreas artificial : la investigación implica el uso de células de los islotes para regular el azúcar en la sangre del cuerpo, particularmente en casos de diabetes . Se pueden usar factores bioquímicos para hacer que las células madre pluripotentes humanas se diferencien (se conviertan en) células que funcionan de manera similar a las células beta , que se encuentran en una célula de islote encargada de producir insulina .
  • Vejigas artificiales : Anthony Atala [9] ( Universidad de Wake Forest ) ha implantado con éxito vejigas artificiales, construidas con células cultivadas sembradas en un andamio en forma de vejiga, en siete de aproximadamente 20 sujetos de prueba humanos como parte de un experimento a largo plazo . [10]
  • Cartílago : cartílago cultivado en laboratorio, cultivado in vitro en un andamio, se utilizó con éxito como trasplante autólogo para reparar las rodillas de los pacientes. [11]
  • Cartílago sin andamios: Cartílago generado sin el uso de material de andamio exógeno. En esta metodología, todo el material en la construcción es celular producido directamente por las células. [12]
  • Corazón bioartificial : El laboratorio de Doris Taylor construyó un corazón de rata biocompatible mediante la recelculación de un corazón de rata desccelularizado. Este andamio y las células se colocaron en un biorreactor , donde maduró para convertirse en un órgano parcial o totalmente trasplantable. [13] la obra se denominó "hito". El laboratorio primero extrajo las células de un corazón de rata (un proceso llamado "descelularización") y luego inyectó células madre de rata en el corazón de rata descelularizado. [14]
  • Vasos sanguíneos fabricados mediante ingeniería de tejidos: [15] Vasos sanguíneos que se han cultivado en un laboratorio y que se pueden usar para reparar vasos sanguíneos dañados sin provocar una respuesta inmunitaria .
  • Piel artificial construida a partir de células de piel humana incrustadas en un hidrogel , como en el caso de construcciones bioimpresas para reparaciones de quemaduras en el campo de batalla. [dieciséis]
  • Médula ósea artificial : la médula ósea cultivada in vitro para ser trasplantada sirve como un enfoque de "células justas" para la ingeniería de tejidos. [17]
  • Hueso de ingeniería tisular: una matriz estructural puede estar compuesta de metales como el titanio, polímeros de diferentes tasas de degradación o ciertos tipos de cerámica. [18] Los materiales a menudo se eligen para reclutar osteoblastos para ayudar a reformar el hueso y devolver la función biológica. [19] Se pueden agregar varios tipos de células directamente a la matriz para acelerar el proceso. [18]
  • Pene cultivado en laboratorio : se recelularizaron armazones descelularizados de penes de conejo con músculo liso y células endoteliales. Luego, el órgano se trasplantó a conejos vivos y funcionó de manera comparable al órgano nativo, lo que sugiere un potencial como tratamiento para el trauma genital . [20]
  • La ingeniería de tejidos de la mucosa oral utiliza un enfoque de células y andamios para replicar la estructura y función tridimensional de la mucosa oral .

Células teñidas en cultivo

Las células son uno de los componentes principales del éxito de los enfoques de ingeniería de tejidos. La ingeniería de tejidos usa células como estrategias para la creación / reemplazo de tejido nuevo. Los ejemplos incluyen fibroblastos utilizados para la reparación o renovación de la piel, [21] condrocitos utilizados para la reparación del cartílago (producto aprobado por MACI-FDA) y hepatocitos utilizados en sistemas de soporte hepático

Las células se pueden utilizar solas o con matrices de soporte para aplicaciones de ingeniería de tejidos. Un entorno adecuado para promover el crecimiento celular, la diferenciación y la integración con el tejido existente es un factor crítico para los bloques de construcción basados ​​en células. [22] La manipulación de cualquiera de estos procesos celulares crea vías alternativas para el desarrollo de tejido nuevo (p. Ej., Reprogramación de células somáticas, vascularización).

Aislamiento

Las técnicas para el aislamiento celular dependen de la fuente celular. La centrifugación y la aféresis son técnicas que se utilizan para extraer células de biofluidos (p. Ej., Sangre). Mientras que los procesos de digestión, que normalmente utilizan enzimas para eliminar la matriz extracelular (MEC), son necesarios antes de las técnicas de centrifugación o aféresis para extraer células de tejidos / órganos. La tripsina y la colagenasa son las enzimas más comúnmente utilizadas para la digestión de tejidos. Si bien la tripsina depende de la temperatura, la colagenasa es menos sensible a los cambios de temperatura.

Fuentes celulares

Células madre embrionarias de ratón

Las células primarias son las que se aíslan directamente del tejido del huésped. Estas células proporcionan un modelo ex vivo de comportamiento celular sin ningún cambio genético, epigenético o de desarrollo; haciéndolas una réplica más cercana de las condiciones in vivo que las células derivadas de otros métodos. [23] Sin embargo, esta limitación también puede dificultar su estudio. Estas son células maduras, a menudo diferenciadas terminalmente, lo que significa que para muchos tipos de células la proliferación es difícil o imposible. Además, los microambientes en los que existen estas células son altamente especializados, lo que a menudo dificulta la replicación de estas condiciones. [24]

Células secundarias Una parte de las células de un cultivo primario se traslada a un nuevo depósito / recipiente para seguir cultivándose. Se retira el medio del cultivo primario, se obtienen las células que se desean transferir y luego se cultivan en un nuevo recipiente con medio de crecimiento fresco. [ cita requerida ] Un cultivo celular secundario es útil para asegurar que las células tengan tanto el espacio como los nutrientes que necesitan para crecer. Los cultivos secundarios se utilizan más notablemente en cualquier escenario en el que se desee una mayor cantidad de células que las que se pueden encontrar en el cultivo primario. Las celdas secundarias comparten las limitaciones de las celdas primarias (ver arriba) pero tienen un riesgo adicional de contaminación cuando se transfieren a un nuevo recipiente.

Clasificaciones genéticas de células.

Autólogo: el donante y el receptor de las células son el mismo individuo. Las células se recolectan, cultivan o almacenan y luego se reintroducen en el huésped. Como resultado de la reintroducción de las propias células del huésped, no se produce una respuesta antigénica. El sistema inmunológico del cuerpo reconoce estas células reimplantadas como propias y no las ataca. La dependencia de las células autólogas de la salud de la célula hospedadora y la morbilidad del sitio donante pueden disuadir su uso. Las células madre mesenquimales derivadas de tejido adiposo y de médula ósea son comúnmente de naturaleza autóloga y se pueden usar de muchas formas, desde ayudar a reparar el tejido esquelético hasta reponer las células beta en pacientes diabéticos. [25] [26] [27] [28]

Alogénico: las células se obtienen del cuerpo de un donante de la misma especie que el receptor. Si bien existen algunas limitaciones éticas para el uso de células humanas para estudios in vitro (es decir, desarrollo de quimeras de tejido cerebral humano [29] ), el empleo de fibroblastos dérmicos de prepucio humano demuestra una inmunológicamente segura y, por lo tanto, una opción viable para la ingeniería de tejidos alogénicos. de la piel.

Xenogénico: estas células se derivan de células aisladas de especies alternativas del receptor. Un ejemplo notable de utilización de tejido xenógeno es la construcción de implantes cardiovasculares a través de células animales. La cría quimérica de humanos y animales plantea preocupaciones éticas en torno al potencial de mejorar la conciencia al implantar órganos humanos en animales. [30]

Singénico o isogénico: estas células describen las que nacen de un código genético idéntico. Esto imparte un beneficio inmunológico similar a las líneas celulares autólogas (ver más arriba). [31] Las células autólogas pueden considerarse singénicas, pero la clasificación también se extiende a las células derivadas no autólogas, como las de un gemelo idéntico, de modelos de investigación genéticamente idénticos (clonados) o células madre inducidas (iSC) [32] como relacionadas al donante.

Células madre

Las células madre son células indiferenciadas con la capacidad de dividirse en cultivo y dar lugar a diferentes formas de células especializadas. Las células madre se dividen en células madre "adultas" y "embrionarias" según su origen. Si bien todavía existe un gran debate ético relacionado con el uso de células madre embrionarias, se cree que otra fuente alternativa, las células madre pluripotentes inducidas, puede ser útil para la reparación de tejidos enfermos o dañados, o puede usarse para hacer crecer nuevos. órganos.

Las células totipotentes son células madre que pueden dividirse en otras células madre o diferenciarse en cualquier tipo de célula del cuerpo, incluido el tejido extraembrionario.

Las células pluripotentes son células madre que pueden diferenciarse en cualquier tipo de célula del cuerpo, excepto tejido extraembrionario. Las células madre pluripotentes inducidas (iPSC) son una subclase de células madre pluripotentes que se asemejan a las células madre embrionarias (ESC) que se derivan de células adultas diferenciadas. Las iPSC se crean alterando la expresión de factores transcripcionales en células adultas hasta que se vuelven como células madre embrionarias. A partir de noviembre de 2020, un método popular es usar retrovirus modificados para introducir genes específicos en el genoma de las células adultas para inducirlas a un estado similar al de las células madre embrionarias. [ cita requerida ]

Las células madre multipotentes se pueden diferenciar en cualquier célula de la misma clase, como sangre o hueso . Un ejemplo común de células multipotentes son las células madre mesenquimales (MSC).

Los andamios son materiales que han sido diseñados para provocar interacciones celulares deseables para contribuir a la formación de nuevos tejidos funcionales con fines médicos. Las células a menudo se "siembran" en estas estructuras capaces de soportar la formación de tejido tridimensional . Los andamios imitan la matriz extracelular del tejido nativo, recapitulando el medio in vivo y permitiendo que las células influyan en sus propios microambientes. Suelen tener al menos uno de los siguientes propósitos: permitir la unión y migración celular, entregar y retener células y factores bioquímicos, permitir la difusión de nutrientes celulares vitales y productos expresados, ejercer ciertas influencias mecánicas y biológicas para modificar el comportamiento de la fase celular.

En 2009, un equipo interdisciplinario dirigido por el cirujano torácico Thorsten Walles implantó el primer trasplante bioartificial que proporciona una red vascular innata para el suministro de injertos postrasplante con éxito en un paciente en espera de reconstrucción traqueal. [33]

Esta animación de un nanotubo de carbono en rotación muestra su estructura 3D. Los nanotubos de carbono se encuentran entre los numerosos candidatos para los andamios de ingeniería de tejidos, ya que son biocompatibles , resistentes a la biodegradación y se pueden funcionalizar con biomoléculas . Sin embargo, la posibilidad de toxicidad con nanomateriales no biodegradables no se comprende completamente. [34]

Para lograr el objetivo de la reconstrucción de tejidos, los andamios deben cumplir con algunos requisitos específicos. Son necesarios una alta porosidad y un tamaño de poro adecuado para facilitar la siembra celular y la difusión por toda la estructura tanto de células como de nutrientes. La biodegradabilidad es a menudo un factor esencial, ya que los tejidos circundantes deben absorber preferiblemente los armazones sin necesidad de extirpación quirúrgica. La velocidad a la que se produce la degradación tiene que coincidir tanto como sea posible con la velocidad de formación de tejido: esto significa que mientras las células están fabricando su propia estructura de matriz natural a su alrededor, el andamio es capaz de proporcionar integridad estructural dentro del cuerpo y eventualmente lo hará. se descomponen dejando el tejido recién formado que asumirá la carga mecánica. La inyectabilidad también es importante para usos clínicos. Investigaciones recientes sobre la impresión de órganos están demostrando cuán crucial es un buen control del entorno 3D para garantizar la reproducibilidad de los experimentos y ofrecer mejores resultados.

Materiales

La selección de materiales es un aspecto esencial de la producción de un andamio. Los materiales utilizados pueden ser naturales o sintéticos y pueden ser biodegradables o no biodegradables. Además, deben ser biocompatibles, lo que significa que no causan ningún efecto adverso a las células. [35] La silicona, por ejemplo, es un material sintético no biodegradable que se usa comúnmente como material de administración de fármacos, [36] [37] mientras que la gelatina es un material natural biodegradable que se usa comúnmente en los andamios de cultivo celular [38] [39 ] [40]

El material necesario para cada aplicación es diferente y depende de las propiedades mecánicas deseadas del material. La ingeniería de tejido óseo, por ejemplo, requerirá un andamio mucho más rígido en comparación con un andamio para la regeneración de la piel. [ cita requerida ]

Hay algunos materiales sintéticos versátiles que se utilizan para muchas aplicaciones de andamios diferentes. Uno de estos materiales de uso común es el ácido poliláctico (PLA), un polímero sintético. PLA - ácido poliláctico. Este es un poliéster que se degrada dentro del cuerpo humano para formar ácido láctico , una sustancia química natural que se elimina fácilmente del cuerpo. Materiales similares son el ácido poliglicólico (PGA) y la policaprolactona (PCL): su mecanismo de degradación es similar al del PLA, pero el PCL se degrada más lentamente y el PGA se degrada más rápido. [ cita requerida ] PLA se combina comúnmente con PGA para crear ácido poliláctico-co-glicólico (PLGA). Esto es especialmente útil porque la degradación de PLGA se puede adaptar alterando los porcentajes de peso de PLA y PGA: Más PLA - degradación más lenta, más PLA - degradación más rápida. Esta capacidad de sintonización, junto con su biocompatibilidad, lo convierte en un material de gran utilidad para la creación de andamios. [41]

Los andamios también pueden construirse a partir de materiales naturales: en particular , se han estudiado diferentes derivados de la matriz extracelular para evaluar su capacidad para soportar el crecimiento celular. Los materiales a base de proteínas, como el colágeno o la fibrina , y los materiales polisacarídicos, como el quitosano [42] o los glicosaminoglicanos (GAG), han demostrado ser adecuados en términos de compatibilidad celular. Entre los GAG, el ácido hialurónico , posiblemente en combinación con agentes de reticulación (por ejemplo , glutaraldehído , carbodiimida soluble en agua , etc.), es una de las posibles opciones como material de armazón. Otra forma de andamio es el tejido descelularizado. Este es un proceso en el que se utilizan productos químicos para extraer células de los tejidos, dejando solo la matriz extracelular. Esto tiene el beneficio de una matriz completamente formada específica para el tipo de tejido deseado. Sin embargo, el andamio descelurizado puede presentar problemas inmunológicos con las células introducidas en el futuro.

Síntesis

Injerto vascular de ingeniería tisular
Válvula cardíaca de ingeniería tisular

Se han descrito varios métodos diferentes en la bibliografía para preparar estructuras porosas que se emplearán como andamios de ingeniería de tejidos. Cada una de estas técnicas presenta sus propias ventajas, pero ninguna está libre de inconvenientes.

Autoensamblaje de nanofibras

El autoensamblaje molecular es uno de los pocos métodos para crear biomateriales con propiedades similares en escala y química a las de la matriz extracelular (MEC) in vivo natural , un paso crucial hacia la ingeniería de tejidos de tejidos complejos. [43] Además, estos andamios de hidrogel han demostrado superioridad en toxicología in vivo y biocompatibilidad en comparación con los macroscaffolds tradicionales y los materiales derivados de animales.

Tecnologías textiles

Estas técnicas incluyen todos los enfoques que se han empleado con éxito para la preparación de mallas no tejidas de diferentes polímeros . En particular, se han probado estructuras de poliglicólido no tejidas para aplicaciones de ingeniería de tejidos: se ha encontrado que tales estructuras fibrosas son útiles para desarrollar diferentes tipos de células. Los principales inconvenientes están relacionados con las dificultades para obtener una alta porosidad y un tamaño de poro regular.

Fundición de disolventes y lixiviación de partículas

La fundición por disolventes y la lixiviación de partículas (SCPL) permite la preparación de estructuras con porosidad regular, pero con espesores limitados. Primero, el polímero se disuelve en un disolvente orgánico adecuado (por ejemplo, el ácido poliláctico podría disolverse en diclorometano ), luego la solución se cuela en un molde lleno de partículas de porógeno. Dicho porógeno puede ser una sal inorgánica como cloruro de sodio , cristales de sacarosa , esferas de gelatina o esferas de parafina . El tamaño de las partículas de porógeno afectará al tamaño de los poros del armazón, mientras que la relación de polímero a porógeno se correlaciona directamente con la cantidad de porosidad de la estructura final. Una vez que se ha colado la solución de polímero, se deja que el solvente se evapore completamente, luego la estructura compuesta en el molde se sumerge en un baño de un líquido adecuado para disolver el porógeno: agua en el caso de cloruro de sodio, sacarosa y gelatina o un alifático. solvente como hexano para usar con parafina. Una vez que el porógeno se ha disuelto completamente, se obtiene una estructura porosa. Aparte del pequeño rango de espesores que se puede obtener, otro inconveniente de SCPL radica en el uso de solventes orgánicos que deben eliminarse por completo para evitar cualquier posible daño a las celdas sembradas en el andamio.

Espuma de gas

Para superar la necesidad de utilizar disolventes orgánicos y porógenos sólidos, se ha desarrollado una técnica que utiliza gas como porógeno. En primer lugar, se preparan estructuras en forma de disco fabricadas con el polímero deseado mediante moldeo por compresión utilizando un molde calentado. Luego, los discos se colocan en una cámara donde se exponen a CO 2 a alta presión durante varios días. La presión dentro de la cámara se restaura gradualmente a los niveles atmosféricos. Durante este procedimiento, los poros son formados por las moléculas de dióxido de carbono que abandonan el polímero, dando como resultado una estructura similar a una esponja. Los principales problemas resultantes de tal técnica son causados ​​por el calor excesivo utilizado durante el moldeo por compresión (que prohíbe la incorporación de cualquier material lábil a la temperatura en la matriz de polímero) y por el hecho de que los poros no forman una estructura interconectada.

Liofilización por emulsificación

Esta técnica no requiere el uso de un porógeno sólido como SCPL. En primer lugar, se disuelve un polímero sintético en un disolvente adecuado (por ejemplo, ácido poliláctico en diclorometano), luego se añade agua a la solución polimérica y se mezclan los dos líquidos para obtener una emulsión . Antes de que se puedan separar las dos fases, la emulsión se cuela en un molde y se congela rápidamente mediante inmersión en nitrógeno líquido . La emulsión congelada se liofiliza posteriormente para eliminar el agua dispersa y el disolvente, dejando así una estructura polimérica porosa solidificada. Si bien la emulsificación y el secado por congelación permiten una preparación más rápida en comparación con SCPL (ya que no requiere un paso de lixiviación que requiera mucho tiempo), aún requiere el uso de solventes. Además, el tamaño de los poros es relativamente pequeño y la porosidad suele ser irregular. La liofilización en sí misma también es una técnica comúnmente empleada para la fabricación de andamios. En particular, se utiliza para preparar esponjas de colágeno: el colágeno se disuelve en soluciones ácidas de ácido acético o ácido clorhídrico que se cuelan en un molde, se congelan con nitrógeno líquido y luego se liofilizan .

Separación de fases inducida térmicamente

Similar a la técnica anterior, el procedimiento de separación de fases TIPS requiere el uso de un solvente con un bajo punto de fusión que sea fácil de sublimar. Por ejemplo, podría usarse dioxano para disolver ácido poliláctico, luego se induce la separación de fases mediante la adición de una pequeña cantidad de agua: se forma una fase rica en polímero y una fase pobre en polímero. Tras enfriar por debajo del punto de fusión del disolvente y algunos días de secado al vacío para sublimar el disolvente, se obtiene un armazón poroso. La separación de fases líquido-líquido presenta los mismos inconvenientes de la emulsificación / liofilización. [44]

Electrospinning

El electrohilado es una técnica muy versátil que se puede utilizar para producir fibras continuas que varían en diámetro desde unas pocas micras hasta unos pocos nanómetros. En una configuración típica de electrohilado, el material de andamio deseado se disuelve en un disolvente y se coloca dentro de una jeringa. Esta solución se alimenta a través de una aguja y se aplica un alto voltaje a la punta y a una superficie de recolección conductora. La acumulación de fuerzas electrostáticas dentro de la solución hace que expulse una fina corriente fibrosa hacia la superficie de recogida con carga opuesta o puesta a tierra. Durante este proceso, el disolvente se evapora, dejando fibras sólidas que dejan una red muy porosa. Esta técnica es altamente sintonizable, con variación de solvente, voltaje, distancia de trabajo (distancia desde la aguja a la superficie de recolección), velocidad de flujo de la solución, concentración de soluto y superficie de recolección. Esto permite un control preciso de la morfología de la fibra.

En un comercial de nivel sin embargo, debido a razones de escalabilidad, hay 40 o 96 veces agujas operativo implicado a la vez. Los cuellos de botella en tales configuraciones son: 1) Mantener las variables antes mencionadas de manera uniforme para todas las agujas y 2) Formación de "perlas" en fibras individuales que nosotros, como ingenieros, queremos que tengan un diámetro uniforme. Al modificar variables como la distancia al colector, la magnitud del voltaje aplicado o el caudal de la solución, los investigadores pueden cambiar drásticamente la arquitectura general del andamio.

Históricamente, la investigación sobre armazones fibrosos electrohilados se remonta al menos a finales de la década de 1980, cuando Simon demostró que el electrohilado podría usarse para producir armazones fibrosos a escala nano y submicrométrica a partir de soluciones poliméricas destinadas específicamente para su uso como sustratos de células y tejidos in vitro . Este uso temprano de celosías electrohiladas para cultivo celular e ingeniería de tejidos mostró que varios tipos de células se adherirían y proliferarían sobre fibras de policarbonato. Se observó que, a diferencia de la morfología aplanada que se observa típicamente en el cultivo 2D, las células cultivadas en las fibras electrohiladas exhibieron una morfología tridimensional más redondeada que generalmente se observa en los tejidos in vivo . [45]

Tecnologías CAD / CAM

Debido a que la mayoría de las técnicas anteriores son limitadas en lo que respecta al control de la porosidad y el tamaño de los poros, se han introducido técnicas de diseño y fabricación asistidas por ordenador en la ingeniería de tejidos. Primero, se diseña una estructura tridimensional utilizando software CAD. La porosidad se puede adaptar mediante algoritmos dentro del software. [46] El andamio se realiza mediante el uso de impresión por chorro de tinta de polvos poliméricos o mediante el modelado por deposición fundida de un polímero fundido. [47]

Un estudio de 2011 de El-Ayoubi et al. investigó la "técnica de trazado en 3D para producir andamios macroporosos de poli-L-lactida ( biocompatible y biodegradable ) con dos tamaños de poro diferentes" mediante la fabricación de forma libre sólida (SSF) con diseño asistido por computadora (CAD), para explorar el cartílago articular terapéutico reemplazo como una "alternativa a la reparación de tejidos convencional". [48] El estudio encontró que cuanto más pequeño es el tamaño de los poros junto con el estrés mecánico en un biorreactor (para inducir condiciones similares a las in vivo), mayor es la viabilidad celular en la funcionalidad terapéutica potencial a través de la disminución del tiempo de recuperación y el aumento de la efectividad del trasplante. [48]

Bioimpresión asistida por láser

En un estudio de 2012, [49] Koch et al. se centró en si la bioimpresión asistida por láser (LaBP) se puede utilizar para construir patrones 3D multicelulares en una matriz natural, y si las construcciones generadas están funcionando y formando tejido. LaBP organiza pequeños volúmenes de suspensiones de células vivas en patrones establecidos de alta resolución. [49] La investigación fue exitosa, los investigadores prevén que "las construcciones de tejido generadas podrían usarse para pruebas in vivo implantándolas en modelos animales " (14). A partir de este estudio, solo se ha sintetizado tejido de piel humana, aunque los investigadores proyectan que "al integrar más tipos de células (por ejemplo , melanocitos , células de Schwann , células del folículo piloso) en la construcción de células impresas, el comportamiento de estas células en un 3D in vitro se puede analizar un microambiente similar al natural ”, lo que es útil para el descubrimiento de fármacos y estudios de toxicología . [49]

Nanomembranas de seda de araña recombinantes autoensambladas

Gustafsson y col. [50] demostraron membranas bioactivas independientes de un tamaño de cm de área, pero solo 250 nm de espesor, que se formaron por autoensamblaje de seda de araña en la interfaz de una solución acuosa. Las membranas combinan de manera única el grosor a nanoescala, la biodegradabilidad, la tensión y resistencia ultraaltas, la permeabilidad a las proteínas y promueven la rápida adhesión y proliferación celular. Demostraron el crecimiento de una capa coherente de queratinocitos.

Un problema persistente dentro de la ingeniería de tejidos son las limitaciones del transporte masivo. Los tejidos diseñados generalmente carecen de un suministro de sangre inicial, lo que dificulta que las células implantadas obtengan suficiente oxígeno y nutrientes para sobrevivir o funcionar correctamente.

Autoensamblaje

Se ha demostrado que los métodos de autoensamblaje son métodos prometedores para la ingeniería de tejidos. Los métodos de autoensamblaje tienen la ventaja de permitir que los tejidos desarrollen su propia matriz extracelular, lo que da como resultado un tejido que recapitula mejor las propiedades bioquímicas y biomecánicas del tejido nativo. El cartílago articular de ingeniería autoensamblante fue introducido por Jerry Hu y Kyriacos A. Athanasiou en 2006 [51] y las aplicaciones del proceso han dado como resultado un cartílago de ingeniería que se acerca a la fuerza del tejido nativo. [52] El autoensamblaje es una tecnología principal para hacer que las células crezcan en un laboratorio para ensamblarlas en formas tridimensionales. Para descomponer los tejidos en células, los investigadores primero tienen que disolver la matriz extracelular que normalmente los une. Una vez que las células están aisladas, deben formar las estructuras complejas que forman nuestros tejidos naturales.

Ensamblaje de plantilla a base de líquido

La superficie aire-líquido establecida por las ondas de Faraday se explora como una plantilla para ensamblar entidades biológicas para la ingeniería de tejidos de abajo hacia arriba. Esta plantilla de base líquida se puede reconfigurar dinámicamente en unos pocos segundos, y el ensamblaje en la plantilla se puede lograr de manera escalable y paralela. El ensamblaje de hidrogeles a microescala, células, microesferas de microportadores sembradas con neuronas, esferoides celulares en diversas estructuras simétricas y periódicas se demostró con buena viabilidad celular. La formación de la red neuronal 3D se logró después de un cultivo de tejidos de 14 días. [53]

Fabricación aditiva

Podría ser posible imprimir órganos, o posiblemente organismos completos, utilizando técnicas de fabricación aditiva . Un método de construcción innovador reciente utiliza un mecanismo de chorro de tinta para imprimir capas precisas de células en una matriz de gel termorreversible. Las células endoteliales, las células que recubren los vasos sanguíneos, se han impreso en un conjunto de anillos apilados. Cuando se incubaron, estos se fusionaron en un tubo. [47] [54] Esta técnica se ha denominado "bioimpresión" en el campo, ya que implica la impresión de componentes biológicos en una estructura que se asemeja al órgano de enfoque.

El campo de los modelos tridimensionales y de alta precisión de sistemas biológicos es pionero en múltiples proyectos y tecnologías, incluido un método rápido para crear tejidos e incluso órganos completos que involucran una impresora 3D que puede bioimprimir el andamio y las células capa por capa en una muestra de tejido de trabajo. u órgano. El dispositivo se presenta en una charla TED por el Dr. Anthony Atala, MD, Director del Instituto Wake Forest de Medicina Regenerativa , y el Profesor y Presidente del Departamento de Urología de la Universidad de Wake Forest, WH Boyce , en el que se imprime un riñón en escenario durante el seminario y luego presentado a la multitud. [55] [56] [57] Se prevé que esta tecnología permitirá la producción de hígados en el futuro para trasplantes y, teóricamente, también para estudios de toxicología y otros estudios biológicos.

Recientemente, se empleó el procesamiento de fotones múltiples (MPP) para experimentos in vivo mediante la ingeniería de construcciones de cartílago artificial. Un examen histológico ex vivo mostró que cierta geometría de poros y el pre-crecimiento de condrocitos (Cho) antes de la implantación mejora significativamente el rendimiento de los andamios 3D creados. La biocompatibilidad lograda fue comparable a las membranas de colágeno disponibles comercialmente. El resultado exitoso de este estudio respalda la idea de que los andamios híbridos orgánicos-inorgánicos microestructurados con forma de poro hexagonal en combinación con la siembra de Cho pueden implementarse con éxito para la ingeniería del tejido del cartílago. [58]

Andamio

En 2013, utilizando un andamio tridimensional de Matrigel en varias configuraciones, se produjeron organoides pancreáticos sustanciales in vitro. Grupos de pequeñas cantidades de células proliferaron en 40.000 células en una semana. Los grupos se transforman en células que producen enzimas digestivas u hormonas como la insulina , autoorganizándose en organoides pancreáticos ramificados que se asemejan al páncreas. [59]

Las células son sensibles al medio ambiente, como la rigidez del gel y el contacto con otras células. Las células individuales no prosperan; se requirió un mínimo de cuatro células próximas para el desarrollo posterior de organoides. Las modificaciones de la composición del medio produjeron esferas huecas compuestas principalmente de progenitores pancreáticos u organoides complejos que experimentan espontáneamente morfogénesis y diferenciación pancreáticas. El mantenimiento y la expansión de los progenitores pancreáticos requieren señalización activa de Notch y FGF , recapitulando interacciones de señalización de nicho in vivo. [60]

Se consideró que los organoides ofrecían potencialmente mini órganos para pruebas de drogas y para células productoras de insulina de repuesto. [59]

Además de los armazones Matrigel 3-D, se han desarrollado otros sistemas de gel de colágeno. Se han utilizado andamios de colágeno / ácido hialurónico para modelar la glándula mamaria in vitro mientras se co-cultivan células epiteliales y adipocitarias. El kit HyStem es otra plataforma 3-D que contiene componentes ECM y ácido hialurónico que se ha utilizado para la investigación del cáncer. Además, los constituyentes de hidrogel se pueden modificar químicamente para ayudar en la reticulación y mejorar sus propiedades mecánicas.

En muchos casos, la creación de tejidos funcionales y estructuras biológicas in vitro requiere un cultivo extenso para promover la supervivencia, el crecimiento y la inducción de la funcionalidad. En general, los requisitos básicos de las células deben mantenerse en cultivo, que incluyen oxígeno , pH , humedad , temperatura , nutrientes y mantenimiento de la presión osmótica .

Los cultivos de ingeniería de tejidos también presentan problemas adicionales para mantener las condiciones de cultivo. En el cultivo celular estándar, la difusión es a menudo el único medio de transporte de nutrientes y metabolitos. Sin embargo, a medida que un cultivo se vuelve más grande y más complejo, como es el caso de los órganos y tejidos completos diseñados, se deben emplear otros mecanismos para mantener el cultivo, como la creación de redes capilares dentro del tejido.

Biorreactor para cultivo de injertos vasculares

Otro problema con el cultivo de tejidos es la introducción de los factores o estímulos adecuados necesarios para inducir la funcionalidad. En muchos casos, la cultura de mantenimiento simple no es suficiente. A veces se requieren factores de crecimiento , hormonas , metabolitos o nutrientes específicos, estímulos químicos y físicos. Por ejemplo, ciertas células responden a cambios en la tensión de oxígeno como parte de su desarrollo normal, como los condrocitos , que deben adaptarse a condiciones de bajo oxígeno o hipoxia durante el desarrollo esquelético. Otros, como las células endoteliales, responden al esfuerzo cortante del flujo de líquido, que se encuentra en los vasos sanguíneos . Los estímulos mecánicos, como los pulsos de presión, parecen ser beneficiosos para todo tipo de tejido cardiovascular como las válvulas cardíacas, los vasos sanguíneos o el pericardio.

Biorreactores

En la ingeniería de tejidos, un biorreactor es un dispositivo que intenta simular un entorno fisiológico para promover el crecimiento de células o tejidos in vitro. Un entorno fisiológico puede constar de muchos parámetros diferentes, como temperatura, presión, concentración de oxígeno o dióxido de carbono, u osmolalidad del entorno fluido, y puede extenderse a todo tipo de estímulos biológicos, químicos o mecánicos. Por tanto, existen sistemas que pueden incluir la aplicación de fuerzas tales como fuerzas electromagnéticas, presiones mecánicas o presiones de fluidos al tejido. Estos sistemas pueden ser configuraciones bidimensionales o tridimensionales. Los biorreactores se pueden utilizar tanto en aplicaciones académicas como industriales. También están disponibles comercialmente biorreactores de uso general y de aplicación específica, que pueden proporcionar estimulación química estática o una combinación de estimulación química y mecánica.

La proliferación y diferenciación celular están influenciadas en gran medida por señales mecánicas [61] y bioquímicas [62] en el entorno de la matriz extracelular circundante . Los biorreactores se desarrollan típicamente para replicar el entorno fisiológico específico del tejido que se está cultivando (por ejemplo, flexión y cizallamiento de fluidos para el crecimiento del tejido cardíaco). [63] Esto puede permitir que las líneas celulares especializadas prosperen en cultivos que replican sus entornos nativos, pero también hace que los biorreactores sean herramientas atractivas para el cultivo de células madre . Un biorreactor exitoso basado en células madre es eficaz para expandir las células madre con propiedades uniformes y / o promover la diferenciación reproducible y controlada en tipos de células maduras seleccionadas. [64]

Existe una variedad de biorreactores diseñados para cultivos celulares en 3D. Hay pequeñas cámaras cilíndricas de plástico, así como cámaras de vidrio, con humedad interna regulada y humedad diseñada específicamente con el propósito de cultivar células en tres dimensiones. [65] El biorreactor utiliza materiales sintéticos bioactivos como membranas de tereftalato de polietileno para rodear las células esferoides en un ambiente que mantiene altos niveles de nutrientes. [66] [67] Son fáciles de abrir y cerrar, por lo que los esferoides celulares se pueden extraer para realizar pruebas, pero la cámara puede mantener el 100% de humedad en todo momento. [68] Esta humedad es importante para lograr el máximo crecimiento y función celular. La cámara del biorreactor es parte de un dispositivo más grande que gira para asegurar un crecimiento celular igual en cada dirección en tres dimensiones. [68]

QuinXell Technologies, ahora bajo Quintech Life Sciences de Singapur, ha desarrollado un biorreactor conocido como el biorreactor biaxial TisXell, que está especialmente diseñado para fines de ingeniería de tejidos. Es el primer biorreactor del mundo en tener una cámara de vidrio esférica con rotación biaxial ; específicamente para imitar la rotación del feto en el útero; que proporciona un entorno propicio para el crecimiento de los tejidos. [69]

También se han combinado múltiples formas de estimulación mecánica en un solo biorreactor. Mediante el análisis de la expresión genética, un estudio académico descubrió que la aplicación de una combinación de tensión cíclica y estimulación por ultrasonido a las células preosteoblásticas en un biorreactor aceleraba la maduración y diferenciación de la matriz. [70] La tecnología de este biorreactor de estimulación combinada podría utilizarse para hacer crecer células óseas de forma más rápida y eficaz en futuras terapias clínicas con células madre. [71]

MC2 Biotek también ha desarrollado un biorreactor conocido como ProtoTissue [65] que utiliza el intercambio de gases para mantener altos niveles de oxígeno dentro de la cámara de la celda; mejorando los biorreactores anteriores, ya que los niveles más altos de oxígeno ayudan a que la célula crezca y experimente una respiración celular normal . [72]

Las áreas activas de investigación sobre biorreactores incluyen el aumento de la escala de producción y el refinamiento del entorno fisiológico, los cuales podrían mejorar la eficiencia y la eficacia de los biorreactores en la investigación o el uso clínico. Los biorreactores se utilizan actualmente para estudiar, entre otras cosas, terapias a nivel celular y tisular, la respuesta celular y tisular a cambios específicos del entorno fisiológico y el desarrollo de enfermedades y lesiones.

Generación de fibra larga

En 2013, un grupo de la Universidad de Tokio desarrolló fibras cargadas de células de hasta un metro de longitud y del orden de 100  µm de tamaño. [73] Estas fibras se crearon mediante un dispositivo de microfluidos que forma un flujo laminar coaxial doble. Cada "capa" del dispositivo de microfluidos (células sembradas en ECM , una vaina de hidrogel y finalmente una solución de cloruro de calcio). Las células sembradas se cultivan dentro de la vaina de hidrogel durante varios días y luego la vaina se retira con fibras de células viables. Se insertaron varios tipos de células en el núcleo de ECM, incluidos miocitos , células endoteliales , fibras de células nerviosas y fibras de células epiteliales . Este grupo luego demostró que estas fibras se pueden tejer juntas para fabricar tejidos u órganos en un mecanismo similar al tejido textil . Las morfologías fibrosas son ventajosas porque proporcionan una alternativa al diseño de andamio tradicional, y muchos órganos (como el músculo) están compuestos de células fibrosas.

Órganos bioartificiales

Un órgano artificial es un dispositivo diseñado que puede ser extracorporal o implantado para soportar sistemas de órganos dañados o defectuosos. [74] Los órganos bioartificiales se crean típicamente con la intención de restaurar funciones biológicas críticas, como el reemplazo de corazones y pulmones enfermos, o proporcionar mejoras drásticas en la calidad de vida, como el uso de piel artificial en víctimas de quemaduras. [74] Si bien algunos ejemplos de órganos bioartificiales aún se encuentran en la etapa de investigación de desarrollo debido a las limitaciones involucradas en la creación de órganos funcionales, otros se están utilizando actualmente en entornos clínicos de manera experimental y comercial. [75]

Pulmón

Las máquinas de oxigenación por membrana extracorpórea (ECMO), también conocidas como máquinas para el corazón y los pulmones, son una adaptación de las técnicas de derivación cardiopulmonar que brindan apoyo al corazón y los pulmones. [76] Se utiliza principalmente para apoyar los pulmones durante un período de tiempo prolongado pero aún temporal (1 a 30 días) y permitir la recuperación de enfermedades reversibles. [76] Robert Bartlett es conocido como el padre de ECMO y realizó el primer tratamiento de un recién nacido usando una máquina EMCO en 1975. [77]

Piel

La piel fabricada con tejidos es un tipo de órgano bioartificial que a menudo se usa para tratar quemaduras, úlceras del pie diabético u otras heridas grandes que no pueden curarse bien por sí solas. La piel artificial se puede hacer a partir de autoinjertos, aloinjertos y xenoinjertos. La piel autoinjertada proviene de la propia piel del paciente, lo que permite que la dermis tenga una tasa de curación más rápida y el sitio donante se puede volver a recolectar varias veces. La piel del aloinjerto a menudo proviene de piel de cadáver y se usa principalmente para tratar víctimas de quemaduras. Por último, la piel xenoinjertada proviene de animales y proporciona una estructura curativa temporal para la piel. Ayudan a la regeneración dérmica, pero no pueden formar parte de la piel del huésped. [78] La piel fabricada con tejidos está ahora disponible en productos comerciales. Integra, originalmente utilizado solo para tratar quemaduras, consiste en una matriz de colágeno y sulfato de condroitina que se puede usar como reemplazo de la piel. El condroitín sulfato funciona como un componente de los proteoglicanos, lo que ayuda a formar la matriz extracelular. [79] Integra se puede repoblar y revascularizar mientras se mantiene su arquitectura de colágeno dérmico, lo que lo convierte en un órgano bioartificial. [80] El dermainjerto, otro producto para la piel de ingeniería tisular fabricado comercialmente, está hecho de fibroblastos vivos. Estos fibroblastos proliferan y producen factores de crecimiento, colágeno y proteínas ECM, que ayudan a construir tejido de granulación. [81]

Corazón

Dado que el número de pacientes que esperan un trasplante de corazón aumenta continuamente con el tiempo y el número de pacientes en lista de espera supera la disponibilidad de órganos, [82] los órganos artificiales utilizados como terapia de reemplazo para la insuficiencia cardíaca terminal ayudarían a aliviar esta dificultad. Los corazones artificiales se usan generalmente para salvar el trasplante de corazón o se pueden aplicar como terapia de reemplazo para el mal funcionamiento terminal del corazón. [83] El corazón artificial total (TAH), introducido por primera vez por el Dr. Vladimir P. Demikhov en 1937, [84] surgió como una alternativa ideal. Desde entonces se ha desarrollado y mejorado como una bomba mecánica que proporciona apoyo circulatorio a largo plazo y reemplaza los ventrículos cardíacos enfermos o dañados que no pueden bombear la sangre correctamente, restaurando así el flujo pulmonar y sistémico. [85] Algunos de los TAH actuales incluyen AbioCor, un dispositivo aprobado por la FDA que comprende dos ventrículos artificiales y sus válvulas, no requiere conexiones subcutáneas y está indicado para pacientes con insuficiencia cardíaca biventricular. En 2010, SynCardia lanzó el controlador de libertad portátil que permite a los pacientes tener un dispositivo portátil sin estar confinados al hospital. [86]

Riñón

Si bien los trasplantes de riñón son posibles, la insuficiencia renal se trata con mayor frecuencia con un riñón artificial. [87] Los primeros riñones artificiales y la mayoría de los que se utilizan actualmente son extracorpóreos, como la hemodiálisis, que filtra la sangre directamente, o la diálisis peritoneal, que filtra a través de un líquido en el abdomen. [87] [88] Para contribuir a las funciones biológicas de un riñón, como producir factores metabólicos u hormonas, algunos riñones artificiales incorporan células renales. [87] [88] Ha habido avances en la forma de hacer que estos dispositivos sean más pequeños y más transportables, o incluso implantables . Un desafío aún por enfrentar en estos dispositivos más pequeños es contrarrestar el volumen limitado y, por lo tanto, las capacidades de filtrado limitadas. [87]

Biomiméticos

La biomimética es un campo que tiene como objetivo producir materiales y sistemas que replican los presentes en la naturaleza. [89] En el contexto de la ingeniería de tejidos, este es un enfoque común utilizado por los ingenieros para crear materiales para estas aplicaciones que sean comparables a los tejidos nativos en términos de su estructura, propiedades y biocompatibilidad. Las propiedades de los materiales dependen en gran medida de las características físicas, estructurales y químicas de ese material. Posteriormente, un enfoque biomimético para el diseño de sistemas será significativo en la integración de materiales, y será necesaria una comprensión suficiente de los procesos biológicos y las interacciones. La replicación de sistemas y procesos biológicos también puede usarse en la síntesis de materiales bioinspirados para lograr condiciones que produzcan el material biológico deseado. Por lo tanto, si se sintetiza un material que tiene las mismas características de los tejidos biológicos tanto estructural como químicamente, lo ideal es que el material sintetizado tenga propiedades similares. Esta técnica tiene una extensa historia que se origina en la idea de utilizar fenómenos naturales como inspiración de diseño para soluciones a problemas humanos. Muchos de los avances tecnológicos modernos se han inspirado en la naturaleza y los sistemas naturales, incluidos los aviones, los automóviles, la arquitectura e incluso los sistemas industriales. Los avances en nanotecnología iniciaron la aplicación de esta técnica a problemas a micro y nanoescala , incluida la ingeniería de tejidos. Esta técnica se ha utilizado para desarrollar tejidos óseos sintéticos, tecnologías vasculares, materiales de andamiaje y técnicas de integración y nanopartículas funcionalizadas. [89]

En 2018, los científicos de la Universidad de Brandeis informaron sobre su investigación sobre material blando incrustado con redes químicas que pueden imitar el comportamiento suave y coordinado del tejido neural. Esta investigación fue financiada por el Laboratorio de Investigación del Ejército de EE. UU . [90] Los investigadores presentaron un sistema experimental de redes neuronales, modelado teóricamente como sistemas de reacción-difusión . Dentro de las redes había una serie de reactores modelados, cada uno de los cuales realizaba la reacción Belousov-Zhabotinsky (BZ). Estos reactores podrían funcionar a escala de nanolitros. [91]

Los investigadores afirman que la inspiración para su proyecto fue el movimiento de la anguila cinta azul . Los movimientos de la anguila están controlados por impulsos eléctricos determinados por una clase de redes neuronales llamadas generador de patrones central . Los generadores de patrones centrales funcionan dentro del sistema nervioso autónomo para controlar funciones corporales como la respiración, el movimiento y la peristalsis . [92]

Las cualidades del reactor que se diseñaron fueron la topología de la red, las condiciones de contorno , las condiciones iniciales, el volumen del reactor, la fuerza de acoplamiento y la polaridad sináptica del reactor (si su comportamiento es inhibidor o excitador). [92] Se diseñó un sistema de emulsión BZ con un elastómero sólido polidimetilsiloxano (PDMS). Se ha informado que los PDMS permeables a la luz y al bromo son métodos viables para crear un marcapasos para redes neuronales. [91]

La historia del mercado de la ingeniería de tejidos se puede dividir en tres partes principales. El tiempo anterior al colapso del mercado biotecnológico a principios de la década de 2000, el colapso y el tiempo posterior.

Comenzando

La mayor parte del progreso inicial en la investigación de la ingeniería de tejidos se realizó en los EE. UU. Esto se debe a regulaciones menos estrictas con respecto a la investigación con células madre y más fondos disponibles que en otros países. Esto lleva a la creación de startups académicas, muchas de ellas provenientes de Harvard o MIT . Algunos ejemplos son BioHybridTechnologies cuyo fundador, Bill Chick, fue a la Escuela de Medicina de Harvard y se centró en la creación de páncreas artificial. Otro ejemplo sería Organogenesis Inc., cuyo fundador fue al MIT y trabajó en productos de ingeniería de la piel. Otras empresas con vínculos con el MIT son TEI Biosciences, Therics y Guilford Pharmaceuticals. [7] El renovado interés por las biotecnologías en la década de 1980 lleva a muchos inversores privados a invertir en estas nuevas tecnologías a pesar de que los modelos comerciales de estas primeras empresas emergentes a menudo no eran muy claros y no presentaban un camino hacia la rentabilidad a largo plazo. [93] Los patrocinadores gubernamentales fueron más moderados en su financiación, ya que la ingeniería de tejidos se consideraba una inversión de alto riesgo. [7]

En el Reino Unido, el mercado tuvo un comienzo más lento a pesar de que las regulaciones sobre la investigación con células madre tampoco eran estrictas. Esto se debe principalmente a que más inversores están menos dispuestos a invertir en estas nuevas tecnologías, que se consideraban inversiones de alto riesgo. [93] Otro problema al que se enfrentaban las empresas británicas era conseguir que el NHS pagara por sus productos. Esto especialmente porque el NHS ejecuta un análisis de rentabilidad en todos los productos compatibles. Las nuevas tecnologías a menudo no funcionan bien en este sentido. [93]

En Japón, la situación regulatoria fue bastante diferente. El primer cultivo de células solo se permitió en un entorno hospitalario y los segundos científicos académicos empleados por universidades estatales no pudieron trabajar fuera hasta 1998. Además, las autoridades japonesas tardaron más en aprobar nuevos medicamentos y tratamientos que sus homólogos estadounidenses y europeos. [93]

Por estas razones, en los primeros días del mercado japonés, la atención se centró principalmente en obtener productos que ya estaban aprobados en otras partes de Japón y venderlos. Al contrario que en el mercado estadounidense, los primeros actores en Japón fueron principalmente grandes empresas o subcompañías de firmas tan grandes, como J-TEC, Menicon y Terumo, y no pequeñas empresas emergentes. [93] Después de los cambios regulatorios en 2014, que permitieron el cultivo de células fuera del entorno hospitalario, la velocidad de la investigación en Japón aumentó y las empresas japonesas también comenzaron a desarrollar sus propios productos. [93]

Empresas japonesas, como ReproCell e iPS Academia Japan, están trabajando actualmente en productos relacionados con las células iPS . [93]

Choque

Poco después del gran boom, empezaron a aparecer los primeros problemas. Hubo problemas para obtener productos aprobados por la FDA y, si se aprobaban, a menudo hubo dificultades para que los proveedores de seguros pagaran por los productos y para que los proveedores de atención médica los aceptaran. [93] [94]

Por ejemplo, la organogénesis tuvo problemas para comercializar su producto e integrar su producto en el sistema de salud. Esto se debe en parte a las dificultades para manipular las células vivas y al aumento de las dificultades a las que se enfrentan los médicos al utilizar estos productos con respecto a los métodos convencionales. [93]

Otro ejemplo sería el producto para la piel Dermagraft de Advanced Tissue Sciences que no podría crear una demanda lo suficientemente alta sin los reembolsos de los proveedores de seguros. Las razones de esto fueron el precio de $ 4000 y la circunstancia de que, además, Advanced Tissue Sciences luchó para que los médicos conocieran su producto. [93]

Los ejemplos anteriores demuestran cómo las empresas lucharon por obtener ganancias. Esto, a su vez, lleva a los inversores a perder la paciencia y a detener la financiación adicional. En consecuencia, varias empresas de ingeniería de tejidos como Organogénesis y Advanced Tissue Sciences se declararon en quiebra a principios de la década de 2000. En este momento, estos eran los únicos que tenían productos comerciales para la piel en el mercado. [94]

Resurgimiento

Las tecnologías de las empresas en quiebra o en dificultades a menudo fueron compradas por otras empresas que continuaron el desarrollo bajo modelos comerciales más conservadores. [94] Ejemplos de empresas que vendieron sus productos después del plegado fueron Curis [94] e Intercytex. [93]

Muchas de las empresas abandonaron sus objetivos a largo plazo de desarrollar órganos completamente funcionales en favor de productos y tecnologías que podrían generar ganancias a corto plazo. [93] Ejemplos de este tipo de productos son los productos de la industria cosmética y de pruebas.

En otros casos, como en el caso de Advanced Tissue Sciences, los fundadores iniciaron nuevas empresas. [93]

En la década de 2010, el marco regulatorio también comenzó a facilitar un tiempo de comercialización más rápido, especialmente en los EE. UU., Ya que la FDA creó nuevos centros y vías específicamente dirigidos a productos que provienen de células vivas, como el Centro de Evaluación e Investigación Biológica . [93]

Los primeros productos de ingeniería de tejidos comenzaron a ser comercialmente rentables en la década de 2010. [94]

En Europa, la regulación se divide actualmente en tres áreas de regulación: dispositivos médicos , productos medicinales y biológicos . Los productos de Tissue Engineering son a menudo de naturaleza híbrida, ya que a menudo se componen de células y una estructura de soporte. Si bien algunos productos pueden aprobarse como medicamentos, otros deben obtener la aprobación como dispositivos médicos. [95] Derksen explica en su tesis que los investigadores de ingeniería de tejidos a veces se enfrentan a una regulación que no se ajusta a las características de la ingeniería de tejidos. [96]

En Europa se han observado nuevos regímenes regulatorios que abordan estos problemas. [97] Una encuesta realizada en el Reino Unido ofrece una explicación de las dificultades para encontrar un consenso normativo en esta materia. [95] Los autores atribuyen estos problemas a la estrecha relación y superposición con otras tecnologías como el xenotrasplante . Por lo tanto, los organismos reguladores no pueden manejarlo por separado. [95] La regulación se complica aún más por las controversias éticas asociadas con este y otros campos de investigación relacionados (por ejemplo , controversia sobre las células madre , ética del trasplante de órganos ). La misma encuesta mencionada anteriormente [95] muestra, en el ejemplo del autotrasplante de cartílago, que una tecnología específica puede ser considerada "pura" o "contaminada" por el mismo actor social.

Dos movimientos regulatorios son los más relevantes para la ingeniería de tejidos en la Unión Europea . Se trata de la Directiva sobre normas de calidad y seguridad para la obtención y el procesamiento de tejidos humanos [98] que fue adoptada por el Parlamento Europeo en 2004 y una propuesta de reglamento sobre células y productos de ingeniería de tejidos humanos. Este último fue desarrollado bajo la abscisa de la DG Empresa de la Comisión Europea y presentado en Bruselas en 2004. [99]

  • Ingeniería Biomédica
  • Ingeniería biológica
  • Ingeniería biomolecular
  • Ingeniería bioquímica
  • Ingeniería Química
  • Biomaterial ECM
  • Células madre inducidas
  • Procesador molecular
  • Autoensamblaje molecular
  • Ingeniería de tejido muscular
  • Institutos Nacionales de Salud
  • Fundación Nacional de Ciencia
  • Control de calidad en ingeniería de tejidos
  • Regeneración en humanos
  • Tejidos blandos
  • Sociedad Internacional de Ingeniería de Tejidos y Medicina Regenerativa
  • Xenotrasplante
  • Ingeniería de tejidos de válvulas cardíacas
  • Biorreactor in vivo

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  1. ^ Whitney GA, Jayaraman K, Dennis JE, Mansour JM (febrero de 2017). "El cartílago sin andamios sometido a un esfuerzo cortante por fricción demuestra daño por agrietamiento y desprendimiento de la superficie" . Revista de Ingeniería de Tejidos y Medicina Regenerativa . 11 (2): 412–424. doi : 10.1002 / término.1925 . PMC  4641823 . PMID  24965503 .
  2. ^ "Langer Lab - Departamento de Ingeniería Química del MIT" .
  3. ^ "El laboratorio de ingeniería de tejidos y fabricación de órganos - Hospital General de Massachusetts, Boston, MA" .
  4. ^ a b Langer R, Vacanti JP (mayo de 1993). "Ingeniería de tejidos". Ciencia . 260 (5110): 920–6. Código Bibliográfico : 1993Sci ... 260..920L . doi : 10.1126 / science.8493529 . PMID  8493529 .
  5. ^ a b MacArthur BD, Oreffo RO (enero de 2005). "Cerrando la brecha". Naturaleza . 433 (7021): 19. Bibcode : 2005Natur.433 ... 19M . doi : 10.1038 / 433019a . PMID  15635390 . S2CID  2683429 .
  6. ^ Thomas, Daniel; Singh, Deepti (julio de 2019). "Nuevas técnicas de ingeniería de tejido de vasculatura 3D para procedimientos quirúrgicos" . Revista estadounidense de cirugía . 218 (1): 235–236. doi : 10.1016 / j.amjsurg.2018.06.004 . ISSN  1879-1883 . PMID  29929908 .
  7. ^ a b c "NSF: Informe Abt sobre" La aparición de la ingeniería de tejidos como campo de investigación " " . www.nsf.gov .
  8. ^ a b Viola J, Lal B, Grad O (14 de octubre de 2003). "La aparición de la ingeniería de tejidos como campo de investigación" (PDF) . ABT Associates Inc.
  9. ^ "Anthony Atala, MD" . Wake Forest Baptist Health .
  10. ^ "Los médicos cultivan órganos a partir de las propias células de los pacientes" . CNN . 3 de abril de 2006.
  11. ^ Simonite T (5 de julio de 2006). "El cartílago cultivado en laboratorio repara las rodillas dañadas" . Nuevo científico .
  12. ^ Whitney GA, Mera H, Weidenbecher M, Awadallah A, Mansour JM, Dennis JE (agosto de 2012). "Métodos para producir láminas de cartílago de ingeniería sin andamios a partir de fuentes de células de condrocitos auriculares y articulares y unión al tantalio poroso" . Acceso abierto a BioResearch . 1 (4): 157–65. doi : 10.1089 / biores.2012.0231 . PMC  3559237 . PMID  23514898 .
  13. ^ Ott HC, Matthiesen TS, Goh SK, Black LD, Kren SM, Netoff TI, Taylor DA (febrero de 2008). "Matriz de perfusión descelularizada: utilizando la plataforma de la naturaleza para diseñar un corazón bioartificial". Medicina de la naturaleza . 14 (2): 213-21. doi : 10,1038 / nm1684 . PMID  18193059 . S2CID  12765933 .
  14. ^ Altman LK (13 de enero de 2008). "Los investigadores crean un nuevo corazón de rata en el laboratorio" . The New York Times .
  15. ^ Zilla P, Greisler H (1999). Ingeniería de tejidos de injertos protésicos vasculares . Compañía RG Landes. ISBN 978-1-57059-549-3.
  16. ^ "Ingeniería de tejidos" . www.microfab.com .
  17. ^ "Hueso en una botella: los intentos de crear médula ósea artificial han fracasado hasta ahora" . The Economist . 7 de enero de 2009.
  18. ^ a b Amini AR, Laurencin CT, Nukavarapu SP (2012). "Ingeniería del tejido óseo: avances y desafíos recientes" . Revisiones críticas en ingeniería biomédica . 40 (5): 363–408. doi : 10.1615 / critrevbiomedeng.v40.i5.10 . PMC  3766369 . PMID  23339648 .
  19. ^ Thomas, Daniel (16 de abril de 2021). "Impresión 3D de biocompuestos de fosfato de calcio reticulables para implantación quirúrgica biocompatible" . Bioimpresión : e00141. doi : 10.1016 / j.bprint.2021.e00141 . ISSN  2405-8866 .
  20. ^ Choi CQ (9 de noviembre de 2009). "El tejido del pene artificial resulta prometedor en las pruebas de laboratorio" . Ciencia viva .
  21. ^ Vig, Komal; Chaudhari, Atul; Tripathi, Shweta; Dixit, Saurabh; Sahu, Rajnish; Pillai, Shreekumar; Dennis, Vida A .; Singh, Shree R. (2017). "Avances en la regeneración de la piel mediante la ingeniería de tejidos" . Revista Internacional de Ciencias Moleculares . 18 (4): 789. doi : 10.3390 / ijms18040789 . PMC  5412373 . PMID  28387714 .
  22. ^ Heath, Carole A. (1 de enero de 2000). "Células para ingeniería de tejidos" . Tendencias en biotecnología . 18 (1): 17-19. doi : 10.1016 / S0167-7799 (99) 01396-7 . PMID  10631775 .
  23. ^ Welser, Jennifer y col. (Noviembre de 2015). "Células primarias frente a líneas celulares". Laboratorios de investigación ScienCell. Falta o vacío |url=( ayuda )
  24. ^ Buttery LD, Obispo AE (2005). "Introducción a la ingeniería de tejidos". Biomateriales, Órganos Artificiales e Ingeniería de Tejidos . 279 . págs. 193-200. doi : 10.1533 / 9781845690861.4.193 . ISBN 9781855737372.
  25. ^ Parekkadan B, Milwid JM (agosto de 2010). "Células madre mesenquimales como terapéutica" . Revisión anual de Ingeniería Biomédica . 12 : 87-117. doi : 10.1146 / annurev-bioeng-070909-105309 . PMC  3759519 . PMID  20415588 .
  26. ^ Domínguez-Bendala J, Lanzoni G, Inverardi L, Ricordi C (enero de 2012). "Revisión concisa: células madre mesenquimales para la diabetes" . Medicina traslacional de células madre . 1 (1): 59–63. doi : 10.5966 / sctm.2011-0017 . PMC  3727686 . PMID  23197641 .
  27. ^ Bara JJ, Richards RG, Alini M, Stoddart MJ (julio de 2014). "Revisión concisa: las células madre mesenquimales derivadas de la médula ósea cambian el fenotipo después del cultivo in vitro: implicaciones para la investigación básica y la clínica". Células madre . 32 (7): 1713–23. doi : 10.1002 / madre.1649 . PMID  24449458 . S2CID  30744973 .
  28. ^ Minteer D, Marra KG, Rubin JP (2013). "Células madre mesenquimales derivadas de tejido adiposo: biología y aplicaciones potenciales". Avances en Ingeniería Bioquímica / Biotecnología . 129 : 59–71. doi : 10.1007 / 10_2012_146 . ISBN 978-3-642-35670-4. PMID  22825719 .
  29. ^ Farahany NA, Greely HT, Hyman S, Koch C, Grady C, Pașca SP, et al. (Abril de 2018). "La ética de experimentar con tejido cerebral humano" . Naturaleza . 556 (7702): 429–432. Código Bib : 2018Natur.556..429F . doi : 10.1038 / d41586-018-04813-x . PMC  6010307 . PMID  29691509 .
  30. ^ Bourret R, Martinez E, Vialla F, Giquel C, Thonnat-Marin A, De Vos J (junio de 2016). "Quimeras humano-animal: cuestiones éticas sobre la cría de animales quiméricos con órganos humanos" . Investigación y terapia con células madre . 7 (1): 87. doi : 10.1186 / s13287-016-0345-9 . PMC  4928294 . PMID  27356872 .
  31. ^ Murphy, Kenneth (22 de marzo de 2016). Inmunobiología de Janeway . Norton, WW & Company, Inc. ISBN 9780815345053.
  32. ^ Grobarczyk B, Franco B, Hanon K, Malgrange B (octubre de 2015). "Generación de línea celular iPS humana isogénica corregida con precisión mediante la edición del genoma utilizando el sistema CRISPR / Cas9". Revisiones e informes de células madre . 11 (5): 774–87. doi : 10.1007 / s12015-015-9600-1 . PMID  26059412 . S2CID  18897400 .
  33. ^ Mertsching H, Schanz J, Steger V, Schandar M, Schenk M, Hansmann J, et al. (Julio de 2009). "Generación y trasplante de un tejido humano bioartificial vascularizado autólogo". Trasplante . 88 (2): 203–10. doi : 10.1097 / TP.0b013e3181ac15e1 . PMID  19623015 . S2CID  46083673 .
  34. ^ Newman P, Minett A, Ellis-Behnke R, Zreiqat H (noviembre de 2013). "Nanotubos de carbono: su potencial y dificultades para la ingeniería y la regeneración del tejido óseo". Nanomedicina . 9 (8): 1139–58. doi : 10.1016 / j.nano.2013.06.001 . PMID  23770067 .
  35. ^ Fronteras en la ingeniería de tejidos . Patrick, Charles W., Mikos, Antonios G., McIntire, Larry V. (1ª ed.). Oxford, Reino Unido: Pergamon. 1998. ISBN 978-0-08-042689-1. OCLC  162130841 .CS1 maint: otros ( enlace )
  36. ^ Stewart SA, Domínguez-Robles J, Donnelly RF, Larrañeta E (diciembre de 2018). "Dispositivos implantables de administración de fármacos poliméricos: clasificación, fabricación, materiales y aplicaciones clínicas" . Polímeros . 10 (12): 1379. doi : 10.3390 / polym10121379 . PMC  6401754 . PMID  30961303 .
  37. ^ Kajihara M, Sugie T, Maeda H, Sano A, Fujioka K, Urabe Y, et al. (Enero de 2003). "Dispositivo de administración de fármacos novedosos que utiliza silicona: liberación controlada de fármacos insolubles o dos tipos de fármacos solubles en agua" . Boletín químico y farmacéutico . 51 (1): 15–9. doi : 10.1248 / cpb.51.15 . PMID  12520121 .
  38. ^ Afewerki S, Sheikhi A, Kannan S, Ahadian S, Khademhosseini A (enero de 2019). "Andamios compuestos de gelatina-polisacárido para cultivo de células 3D e ingeniería de tejidos: hacia la terapéutica natural" . Bioingeniería y Medicina Traslacional . 4 (1): 96-115. doi : 10.1002 / btm2.10124 . PMC  6336672 . PMID  30680322 .
  39. ^ Martin CA, Radhakrishnan S, Nagarajan S, Muthukoori S, Dueñas JM, Ribelles JL, et al. (2019). "Un innovador andamio 3D a base de gelatina bioabsorbible que mantiene el tallo de las células madre derivadas del tejido adiposo y la plasticidad de las neuronas diferenciadas" . Avances RSC . 9 (25): 14452-14464. doi : 10.1039 / C8RA09688K . ISSN  2046-2069 .
  40. ^ Takagi Y, Tanaka S, Tomita S, Akiyama S, Maki Y, Yamamoto T, Uehara M, Dobashi T (2017). "Preparación de andamio de gelatina y cultivo de células de fibroblastos" . Revista de Biorreología . 31 (1): 2-5. doi : 10.17106 / jbr.31.2 . ISSN  1867-0466 .
  41. ^ Gentile P, Chiono V, Carmagnola I, Hatton PV (febrero de 2014). "Una descripción general de biomateriales basados ​​en poli (láctico-co-glicólico) (PLGA) para la ingeniería de tejidos óseos" . Revista Internacional de Ciencias Moleculares . 15 (3): 3640–59. doi : 10.3390 / ijms15033640 . PMC  3975359 . PMID  24590126 .
  42. ^ Park JH, Schwartz Z, Olivares-Navarrete R, Boyan BD, Tannenbaum R (mayo de 2011). "Mejora de la humectabilidad de la superficie mediante la modificación de superficies de implantes de titanio microtexturizadas con polielectrolitos" . Langmuir . 27 (10): 5976–85. doi : 10.1021 / la2000415 . PMC  4287413 . PMID  21513319 .
  43. ^ Cassidy JW (noviembre de 2014). "Nanotecnología en la regeneración de tejidos complejos" (PDF) . Información sobre la regeneración ósea y tisular . 5 : 25–35. doi : 10.4137 / BTRI.S12331 . PMC  4471123 . PMID  26097381 .
  44. ^ Nam YS, Park TG (octubre de 1999). "Espumas microcelulares poliméricas biodegradables por método de separación de fases inducido térmicamente modificado". Biomateriales . 20 (19): 1783–90. doi : 10.1016 / S0142-9612 (99) 00073-3 . PMID  10509188 .
  45. ^ Simon EM (1988). "Informe final de fase I de NIH: sustratos fibrosos para cultivo celular (R3RR03544A)" . ResearchGate . Consultado el 22 de mayo de 2017 .
  46. ^ Melchels F, Wiggenhauser PS, Warne D, Barry M, Ong FR, Chong WS, et al. (Septiembre de 2011). "Reconstrucción mamaria asistida por CAD / CAM" (PDF) . Biofabricación . 3 (3): 034114. Bibcode : 2011BioFa ... 3c4114M . doi : 10.1088 / 1758-5082 / 3/3/034114 . PMID  21900731 .
  47. ^ a b Elisseeff J, Ma PX (2005). Andamios en ingeniería de tejidos . Boca Ratón: CRC. ISBN 978-1-57444-521-3.
  48. ^ a b Lee GY, Kenny PA, Lee EH, Bissell MJ (abril de 2007). "Modelos de cultivo tridimensional de células epiteliales de mama normales y malignas" . Métodos de la naturaleza . 4 (4): 359–65. doi : 10.1038 / nmeth1015 . PMC  2933182 . PMID  17396127 .
  49. ^ a b c Lai Y, Asthana A, Kisaalita WS (abril de 2011). "Biomarcadores para simplificar las plataformas de cultivo celular HTS 3D para el descubrimiento de fármacos: el caso de las citocinas". Descubrimiento de drogas hoy . 16 (7–8): 293–7. doi : 10.1016 / j.drudis.2011.01.009 . PMID  21277382 .
  50. ^ Gustafsson L, Tasiopoulos CP, Jansson R, Kvick M, Duursma T, Gasser TC, van der Wijngaart W, Hedhammar M (16 de agosto de 2020). "La seda de araña recombinante forma nanomembranas resistentes y elásticas que son permeables a las proteínas y apoyan la adhesión y el crecimiento de las células" . Materiales funcionales avanzados . 30 (40): 2002982. doi : 10.1002 / adfm.202002982 .
  51. ^ Hu JC, Athanasiou KA (abril de 2006). "Un proceso de autoensamblaje en la ingeniería de tejidos del cartílago articular". Ingeniería de tejidos . 12 (4): 969–79. doi : 10.1089 / diez.2006.12.969 . PMID  16674308 .
  52. ^ Lee JK, Huwe LW, Paschos N, Aryaei A, Gegg CA, Hu JC, Athanasiou KA (agosto de 2017). "La estimulación de la tensión impulsa la formación de tejido en sistemas sin andamios" . Materiales de la naturaleza . 16 (8): 864–873. Código bibliográfico : 2017NatMa..16..864L . doi : 10.1038 / nmat4917 . PMC  5532069 . PMID  28604717 .
  53. ^ Chen P, Luo Z, Güven S, Tasoglu S, Ganesan AV, Weng A, Demirci U (septiembre de 2014). "Montaje a microescala dirigido por plantilla de base líquida" . Materiales avanzados . 26 (34): 5936–41. doi : 10.1002 / adma.201402079 . PMC  4159433 . PMID  24956442 .
  54. ^ Mironov V, Boland T, Trusk T, Forgacs G, Markwald RR (abril de 2003). "Impresión de órganos: ingeniería de tejidos 3D basada en chorro asistida por computadora". Tendencias en biotecnología . 21 (4): 157–61. doi : 10.1016 / S0167-7799 (03) 00033-7 . PMID  12679063 .
  55. ^ Alta A (marzo de 2011). "Impresión de un riñón humano" . TED .
  56. ^ Du Y, Han R, Wen F, Ng San San S, Xia L, Wohland T, et al. (Enero de 2008). "Cultivo de sándwich sintético de monocapa de hepatocitos 3D". Biomateriales . 29 (3): 290-301. doi : 10.1016 / j.biomaterials.2007.09.016 . PMID  17964646 .
  57. ^ Kang HW, Lee SJ, Ko IK, Kengla C, Yoo JJ, Atala A (marzo de 2016). "Un sistema de bioimpresión 3D para producir construcciones de tejido a escala humana con integridad estructural". Biotecnología de la naturaleza . 34 (3): 312–9. doi : 10.1038 / nbt.3413 . PMID  26878319 . S2CID  9073831 .
  58. ^ Mačiulaitis J, Deveikytė M, Rekštytė S, Bratchikov M, Darinskas A, Šimbelytė A, et al. (Marzo de 2015). "Estudio preclínico de andamios microestructurados 3D de material SZ2080 para ingeniería de tejido de cartílago realizado por litografía de escritura láser directa de femtosegundos". Biofabricación . 7 (1): 015015. Bibcode : 2015BioFa ... 7a5015M . doi : 10.1088 / 1758-5090 / 7/1/015015 . PMID  25797444 .
  59. ^ a b Greggio C, De Franceschi F, Figueiredo-Larsen M, Gobaa S, Ranga A, Semb H, et al. (Noviembre de 2013). "Nichos artificiales tridimensionales deconstruyen el desarrollo del páncreas in vitro" . Desarrollo . 140 (21): 4452–62. doi : 10.1242 / dev.096628 . PMC  4007719 . PMID  24130330 . Resumen de laicos - Kurzweil .
  60. ^ Greggio C, De Franceschi F, Figueiredo-Larsen M, Gobaa S, Ranga A, Semb H, et al. (Noviembre de 2013). "Nichos artificiales tridimensionales deconstruyen el desarrollo del páncreas in vitro" . Desarrollo . 140 (21): 4452–62. doi : 10.1242 / dev.096628 . PMC  4007719 . PMID  24130330 .
  61. ^ Maul TM, Chew DW, Nieponice A, Vorp DA (diciembre de 2011). "Los estímulos mecánicos controlan diferencialmente el comportamiento de las células madre: morfología, proliferación y diferenciación" . Biomecánica y Modelización en Mecanobiología . 10 (6): 939–53. doi : 10.1007 / s10237-010-0285-8 . PMC  3208754 . PMID  21253809 .
  62. ^ Pittenger MF, Mackay AM, Beck SC, Jaiswal RK, Douglas R, Mosca JD, et al. (Abril de 1999). "Potencial multilinaje de las células madre mesenquimales humanas adultas". Ciencia . 284 (5411): 143–7. Código Bibliográfico : 1999Sci ... 284..143P . doi : 10.1126 / science.284.5411.143 . PMID  10102814 .
  63. ^ Lee EL, von Recum HA (mayo de 2010). "Plataforma de cultivo celular con acondicionamiento mecánico y desprendimiento celular no dañino". Revista de investigación de materiales biomédicos. Parte A . 93 (2): 411–8. doi : 10.1002 / jbm.a.32754 . PMID  20358641 .
  64. ^ King JA, Miller WM (agosto de 2007). "Desarrollo de biorreactores para la expansión y diferenciación controlada de células madre" . Opinión actual en biología química . 11 (4): 394–8. doi : 10.1016 / j.cbpa.2007.05.034 . PMC  2038982 . PMID  17656148 .
  65. ^ a b "MC2 Biotek - Cultivo de tejidos 3D - El 3D ProtoTissue System ™" . Archivado desde el original el 28 de mayo de 2012.
  66. ^ Prestwich GD (enero de 2008). "Evaluación de la eficacia y toxicología de fármacos en tres dimensiones: uso de matrices extracelulares sintéticas en el descubrimiento de fármacos". Cuentas de Investigación Química . 41 (1): 139–48. doi : 10.1021 / ar7000827 . PMID  17655274 .
  67. ^ 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 .
  68. ^ a b Marx V (abril de 2013). "Cultivo celular: una mejor infusión" . Naturaleza . 496 (7444): 253–8. Código Bib : 2013Natur.496..253M . doi : 10.1038 / 496253a . PMID  23579682 . S2CID  4399610 .
  69. ^ Zhang ZY, Teoh SH, Chong WS, Foo TT, Chng YC, Choolani M, Chan J (mayo de 2009). "Un biorreactor rotatorio biaxial para el cultivo de células madre mesenquimales fetales para la ingeniería de tejido óseo". Biomateriales . 30 (14): 2694–704. doi : 10.1016 / j.biomaterials.2009.01.028 . PMID  19223070 .
  70. ^ Kang KS, Lee SJ, Lee HS, Moon W, Cho DW (junio de 2011). "Efectos de la estimulación mecánica combinada sobre la proliferación y diferenciación de preosteoblastos" . Medicina experimental y molecular . 43 (6): 367–73. doi : 10.3858 / emm.2011.43.6.040 . PMC  3128915 . PMID  21532314 .
  71. ^ Rosser, J .; Thomas, DJ (1 de enero de 2018), Thomas, Daniel J .; Jessop, Zita M .; Whitaker, Iain S. (eds.), "10 - Procesos de biorreactor para la maduración de tejido bioimpreso en 3D" , Bioimpresión 3D para cirugía reconstructiva , Woodhead Publishing, págs. 191–215, ISBN 978-0-08-101103-4, consultado el 22 de diciembre de 2020
  72. ^ Griffith LG, Swartz MA (marzo de 2006). "Captura de fisiología compleja de tejidos 3D in vitro". Reseñas de la naturaleza. Biología celular molecular . 7 (3): 211–24. doi : 10.1038 / nrm1858 . PMID  16496023 . S2CID  34783641 .
  73. ^ Onoe H, Okitsu T, Itou A, Kato-Negishi M, Gojo R, Kiriya D, et al. (Junio ​​del 2013). "Las microfibras cargadas de células de un metro de largo exhiben morfologías y funciones de tejido". Materiales de la naturaleza . 12 (6): 584–90. Código Bibliográfico : 2013NatMa..12..584O . doi : 10.1038 / nmat3606 . PMID  23542870 .
  74. ^ a b Wang X (enero de 2019). "Tecnologías de fabricación de órganos bioartificiales" . Trasplante de células . 28 (1): 5–17. doi : 10.1177 / 0963689718809918 . PMC  6322143 . PMID  30477315 .
  75. ^ Sawa Y, Matsumiya G, Matsuda K, Tatsumi E, Abe T, Fukunaga K, et al. (Marzo de 2018). "Revista de órganos artificiales 2017: el año en revisión: Comité editorial de la Revista de órganos artificiales" . Revista de órganos artificiales . 21 (1): 1–7. doi : 10.1007 / s10047-018-1018-5 . PMC  7102331 . PMID  29426998 .
  76. ^ a b Chauhan S, Subin S (1 de septiembre de 2011). "Oxigenación por membrana extracorpórea, perspectiva de un anestesiólogo: fisiología y principios. Parte 1" . Annals of Cardiac Anesthesia . 14 (3): 218-29. doi : 10.4103 / 0971-9784.84030 . PMID  21860197 .
  77. ^ "¿Cómo empezó ECMO?" . Hospitales y Clínicas de la Universidad de Iowa . 20 de junio de 2017 . Consultado el 4 de diciembre de 2020 .
  78. ^ Vig K, Chaudhari A, Tripathi S, Dixit S, Sahu R, Pillai S, et al. (Abril de 2017). "Avances en la regeneración de la piel mediante la ingeniería de tejidos" . Revista Internacional de Ciencias Moleculares . 18 (4): 789. doi : 10.3390 / ijms18040789 . PMC  5412373 . PMID  28387714 .
  79. ^ "El sulfato de condroitina es un componente de la plantilla de regeneración dérmica de Integra®, - [Documento PDF]" . fdocuments.us . Consultado el 5 de diciembre de 2020 .
  80. ^ "Integra" (PDF) .
  81. ^ "Sustituto dérmico derivado de fibroblastos humanos Dermagraft" . dermagraft.com . Consultado el 5 de diciembre de 2020 .
  82. ^ Colvin M, Smith JM, Hadley N, Skeans MA, Uccellini K, Lehman R, et al. (Febrero de 2019). "Informe anual de datos OPTN / SRTR 2017: corazón" . Revista estadounidense de trasplantes . 19 Suppl 2: 323–403. doi : 10.1111 / ajt.15278 . PMID  30811894 . S2CID  73510324 .
  83. ^ Smith PA, Cohn WE, Frazier OH (1 de enero de 2018). "Capítulo 7 - Corazones artificiales totales". Soporte mecánico circulatorio y respiratorio . Prensa académica. págs. 221–244. doi : 10.1016 / B978-0-12-810491-0.00007-2 .
  84. ^ Khan S, Jehangir W (octubre de 2014). "Evolución de corazones artificiales: una descripción e historia" . Investigación en Cardiología . 5 (5): 121-125. doi : 10.14740 / cr354w . PMC  5358116 . PMID  28348709 .
  85. ^ Melton N, Soleimani B, Dowling R (noviembre de 2019). "Papel actual del corazón artificial total en el tratamiento de la insuficiencia cardíaca avanzada". Informes actuales de cardiología . 21 (11): 142. doi : 10.1007 / s11886-019-1242-5 . PMID  31758343 . S2CID  208212152 .
  86. ^ Cook JA, Shah KB, Quader MA, Cooke RH, Kasirajan V, Rao KK, et al. (Diciembre de 2015). "El corazón artificial total" . Revista de enfermedad torácica . 7 (12): 2172–80. doi : 10.3978 / j.issn.2072-1439.2015.10.70 . PMC  4703693 . PMID  26793338 .
  87. ^ a b c d Tasnim F, Deng R, Hu M, Liour S, Li Y, Ni M, et al. (Agosto de 2010). "Logros y desafíos en el desarrollo del riñón bioartificial" . Fibrogénesis y reparación de tejidos . 3 (14): 14. doi : 10.1186 / 1755-1536-3-14 . PMC  2925816 . PMID  20698955 .
  88. ^ a b Humes HD, Buffington D, Westover AJ, Roy S, Fissell WH (marzo de 2014). "El riñón bioartificial: estado actual y promesa futura". Nefrología pediátrica . 29 (3): 343–51. doi : 10.1007 / s00467-013-2467-y . PMID  23619508 . S2CID  19376597 .
  89. ^ a b Hwang J, Jeong Y, Park JM, Lee KH, Hong JW, Choi J (8 de septiembre de 2015). "Biomimética: predicción del futuro de la ciencia, la ingeniería y la medicina" . Revista Internacional de Nanomedicina . 10 : 5701-13. doi : 10.2147 / IJN.S83642 . PMC  4572716 . PMID  26388692 .
  90. ^ "Los científicos imitan el tejido neural en una investigación financiada por el ejército que podría conducir a una piel artificial" . Laboratorio de Investigación del Ejército de EE. UU. 20 de marzo de 2018 . Consultado el 22 de septiembre de 2020 .
  91. ^ a b Litschel T, Norton MM, Tserunyan V, Fraden S (febrero de 2018). "Ingeniería de redes de reacción-difusión con propiedades del tejido neural". Lab on a Chip . 18 (5): 714–722. arXiv : 1711.00444 . doi : 10.1039 / C7LC01187C . PMID  29297916 . S2CID  3567908 .
  92. ^ a b "Robots blandos" . fradenlab . Consultado el 22 de agosto de 2018 .
  93. ^ a b c d e f g h yo j k l m n Umemura M (3 de abril de 2019). "Desafiando el problema del 'ajuste': el avance de las industrias de la medicina regenerativa en los Estados Unidos, Gran Bretaña y Japón". Historia empresarial . 61 (3): 456–480. doi : 10.1080 / 00076791.2018.1476496 . ISSN  0007-6791 . S2CID  158171857 .
  94. ^ a b c d e Bouchie A (diciembre de 2002). "Las empresas de ingeniería de tejidos se hunden". Biotecnología de la naturaleza . 20 (12): 1178–9. doi : 10.1038 / nbt1202-1178 . PMID  12454657 . S2CID  9682305 .
  95. ^ a b c d Brown N, Faulkner A, Kent J, Michael M (1 de febrero de 2006). "Regulación de híbridos: 'Hacer un lío' y 'Limpieza' en la ingeniería de tejidos y el trasplante de transpecies" . Teoría social y salud . 4 (1): 1–24. doi : 10.1057 / palgrave.sth.8700062 . PMC  7099299 . PMID  32226319 .
  96. ^ Derksen MH (2008). Carne de ingeniería: hacia la responsabilidad profesional de los 'cuerpos vivos' en la ingeniería de tejidos . Technische Universiteit Eindhoven. ISBN 978-90-386-1428-1.
  97. ^ Kent J, Faulkner A, Geesink I, Fitzpatrick D (1 de enero de 2006). "Hacia la gobernanza de las tecnologías de ingeniería de tejidos humanos en Europa: enmarcando el caso de un nuevo régimen regulatorio". Pronóstico tecnológico y cambio social . Tecnología y Riesgo Social. 73 (1): 41–60. doi : 10.1016 / j.techfore.2005.06.006 .
  98. ^ Directiva 2004/23 / CE del Parlamento Europeo y del Consejo, de 31 de marzo de 2004, sobre el establecimiento de normas de calidad y seguridad para la donación, obtención, análisis, procesamiento, conservación, almacenamiento y distribución de células y tejidos humanos , DO L de 7. Abril de 2004 , consultado el 7 de mayo de 2020
  99. ^ Faulkner A, Kent J, Geesink I, FitzPatrick D (noviembre de 2006). "Pureza y los peligros de la medicina regenerativa: innovación reguladora de la tecnología de ingeniería de tejidos humanos" . Ciencias sociales y medicina . 63 (9): 2277–88. doi : 10.1016 / j.socscimed.2006.06.006 . PMC  7130933 . PMID  16905231 .
  100. ^ Vishwakarma A (noviembre de 2014). Biología de células madre e ingeniería de tejidos en ciencias odontológicas . Elsevier, 2014. ISBN 9780123971579.

  • Thompson J, Jones N, Al-Khafaji A, Malik S, Reich D, Munoz S, et al. (Marzo de 2018). "Terapia celular extracorpórea (ELAD) en hepatitis alcohólica grave: un ensayo aleatorizado, prospectivo, controlado y multinacional" . Trasplante de hígado . 24 (3): 380–393. doi : 10.1002 / lt.24986 . PMC  5873437 . PMID  29171941 .
  • Idrus AA. "Vital Therapies cae un 88%, abandona el tratamiento del hígado después de que falla la fase 3" . FierceBiotech .
  • Davis ME, Motion JP, Narmoneva DA, Takahashi T, Hakuno D, Kamm RD, et al. (Febrero de 2005). "Las nanofibras de péptidos inyectables autoensamblantes crean microambientes intramiocárdicos para las células endoteliales" . Circulación . 111 (4): 442–50. doi : 10.1161 / 01.CIR.0000153847.47301.80 . PMC  2754569 . PMID  15687132 .
  • Ma PX (mayo de 2004). "Andamios para fabricación de tejidos" . Materiales hoy . 7 (5): 30–40. doi : 10.1016 / s1369-7021 (04) 00233-0 .
  • Holmes TC, de Lacalle S, Su X, Liu G, Rich A, Zhang S (junio de 2000). "Ampliación de neuritas y formación de sinapsis activa en andamios de péptidos de autoensamblaje" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 97 (12): 6728–33. Código Bibliográfico : 2000PNAS ... 97.6728H . doi : 10.1073 / pnas.97.12.6728 . PMC  18719 . PMID  10841570 .
  • Semino CE, Kasahara J, Hayashi Y, Zhang S (2004). "Atrapamiento de la migración de las células neurales del hipocampo en un andamio de nanofibras de péptidos tridimensionales". Ingeniería de tejidos . 10 (3–4): 643–55. doi : 10.1089 / 107632704323061997 . PMID  15165480 .
  • Mikos AG, Temenoff JS (2000). "Formación de andamios biodegradables altamente porosos para la ingeniería de tejidos" (PDF) . Revista Electrónica de Biotecnología . 3 (2): 114–9. doi : 10.2225 / vol3-issue2-fulltext-5 .
  • Fundación Nacional de Ciencias (EE. UU.) (2004). "La aparición de la ingeniería de tejidos como campo de investigación" . Consultado el 28 de abril de 2006 . Cite journal requiere |journal=( ayuda )
  • Nerem RM (2000). Vacanti J, Lanza RP, Langer RS ​​(eds.). Principios de la ingeniería de tejidos (2ª ed.). Boston: Prensa académica. ISBN 978-0-12-436630-5.
  • Fountain HA (15 de septiembre de 2012). "Primero: órganos hechos a medida con las propias células del cuerpo" . The New York Times .
  • Derksen MH (2008). Carne de ingeniería: hacia la responsabilidad profesional de los 'cuerpos vivos' en la ingeniería de tejidos . Technische Universiteit Eindhoven. ISBN 978-90-386-1428-1.

  • Centro de Ingeniería de Tejidos Clínicos Iniciativa del Estado de Ohio para la Ingeniería de Tejidos (Centro Nacional de Medicina Regenerativa)
  • Iniciativa financiada por NSF en varios sitios de impresión de órganos
  • Iniciativa LOEX Center Université Laval para la ingeniería de tejidos