Impressió 3D per millorar la replicació de teixits biològics

Existeix un creixent interès científic per a la coneguda com a medicina personalitzada, una pràctica que permet identificar les diferències entre pacients i adaptar les teràpies a cada cas, per millorar l’eficàcia i els resultats dels tractaments. Alguns exemples d’aquestes aplicacions mèdiques són la utilització de models quirúrgics avançats – phantoms, per tal d’avaluar sense riscos cirurgies personalitzades, i el desenvolupament de scaffolds, o bastides d’enginyeria tissular, específics per a cada pacient, que imiten els teixits naturals per afavorir la cicatrització i restauració de teixits danyats. Ara bé, la utilitat d’aquestes noves teràpies i la seva eficàcia en la recerca mèdica estan intrínsecament lligades al fet que aquests models puguin replicar amb precisió les complexitats dels teixits que pretenen simular o amb els quals han d’interactuar. Presenten, per tant, molts avantatges, però tecnològicament queden molts reptes per assolir aquest estadi de personalització. Un dels reptes principals és la disponibilitat limitada de materials que poden imitar amb precisió els teixits natius, alhora que poden capturar la complexitat de l’anatomia i forma d’aquests.

En aquest context, i dins del Grup d’Enginyeria de Materials – GEMAT d’IQS School of Engineering, grup de recerca amb àmplia expertesa en el desenvolupament de nous biomaterials per diferents aplicacions, la Dra. Glòria Nieva Esteve ha dut a terme la seva tesi doctoral sota el títol Explorant la Biomimesi: integració d’estratègies de ciència de materials amb tecnologies d’impressió 3D per millorar la replicació de teixits biològics. La tesi ha estat codirigida pel Dr. Salvador Borrós Gómez i pel Dr. Robert Texidó Bartés.

La Dra. Nieva va centrar la seva recerca en el desenvolupament de materials que recreen els teixits biològics, amb diferents característiques per millorar la seva simulació, i la seva creació mitjançant materials i tecnologies avançades, com és el cas de la impressió 3D.

Sempre des de la perspectiva de quines necessitats mèdiques representen aquests reptes, la tesi es va enfocar des de dos aspectes molt diferenciats: recrear la senyalització biomecànica dels teixits a mimetitzar i, després, millorar el comportament cel·lular, amb la incorporació de substàncies d’origen humà a les biotintes.

Per tal d’assolir el primer objectiu, es van desenvolupar materials basats en gels de silicona amb propietats viscoelàstiques adaptables, que poguessin millorar la imitació de teixits tous i reproduir biomodels de teixits i òrgans més realistes. El control, tant de les propietats d’impressió com de les viscoelàstiques del material, es va aconseguir mitjançant l’ajust precís de les formulacions de silicona, utilitzant un modificador de la reologia, i de les propietats mecàniques.

Aquesta nova família de tintes a base de gels de silicona va permetre la reproducció per impressió 3D dels perfils de diferents teixits tous, que van ser validats en col·laboració amb l’Hospital de Sant Joan de Déu, mitjançant un protocol mèdic establert. En aquesta primera part de la seva tesi, la Dra. Nieva també va treballar amb la Fundació CIM de la UPC, desenvolupadors de la impressora 3D, i fruit d’aquesta col·laboració es van aconseguir diferents phantoms de ronyó.   

El segon objectiu de la recerca de la Dra. Nieva volia anar un pas més enllà i aconseguir desenvolupar biotintes, materials utilitzats per la impressió 3D de scaffolds per enginyeria de teixits, mitjançant la incorporació de materials biològics extrets de teixits humans. Superades les dificultats relacionades amb la mateixa impressió, la integritat estructural i la biocompatibilitat, es va aconseguir una família de biotintes amb bones propietats d’impressió i estabilitat estructural al llarg del temps sota condicions fisiològiques. La Dra. Nieva va dur a terme aquesta segona part de la recerca en col·laboració amb el Banc de Sang i Teixits – BST.

Aquesta tesi doctoral representa un primer pas per poder superar la gran complexitat que presenta la mimetització de teixits biològics, tant des del punt de vista de simulació com de substitució.

Publicació relacionada

Gloria Nieva Esteve et al., Developing tuneable viscoelastic silicone gel-based inks for precise 3D printing og clinical phantoms, Materials Advances, 2024, 5, 3706-3720.

Aquesta tesi s’ha dut a terme en el marc del projecte BASE3D, amb el suport de la Secretaria d’Universitat i Recerca del Departament d’Empresa i Coneixement de la Generalitat de Catalunya a través del Fons Europeu de Desenvolupament Regional (FEDER), i del projecte QuirofAM, cofinançat per ACCIÓ i la Unió Europea a través del Fons Europeu FEDER.