Modelling and measuring effects of shear stress in extrusion bioprinting of endothelial- epithelial cell co-cultures
Este estudio establece un flujo de trabajo integral que integra la caracterización reológica, la dinámica de fluidos computacional y la validación experimental para predecir y evaluar el impacto del esfuerzo cortante en la viabilidad y función de cocultivos endoteliales-epiteliales durante la bioimpresión por extrusión con hidrogeles de GelMA.
Artículo original bajo licencia CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Esta es una explicación generada por IA de un preprint que no ha sido revisado por pares. No es consejo médico. No tome decisiones de salud basándose en este contenido. Leer descargo de responsabilidad completo
Imagina un futuro en el que los médicos puedan imprimir tejidos vivos para reparar órganos dañados o reemplazar la piel perdida. Esta visión depende de una técnica llamada bioimpresión, donde los científicos utilizan máquinas especializadas para expulsar diminutos chorros de líquido que contienen células vivas mezcladas con un gel de soporte. El objetivo es construir estructuras que imiten los complejos tejidos del cuerpo humano. Sin embargo, el proceso de exprimir esta mezcla a través de una boquilla estrecha crea una poderosa fuerza física conocida como estrés por cizallamiento. Piensa en esta fuerza como la presión que se siente al apretar un tubo de pasta de dientes; cuanto más rápido y fuerte se aprieta, más se frotan y estiran los contenidos contra las paredes del tubo. Para las células vivas, que son delicadas y frágiles, este roce puede ser perjudicial, potencialmente matándolas o dañando su capacidad para funcionar una vez construida la estructura. Comprender exactamente cuánta fuerza pueden soportar estas células es esencial si los científicos esperan crear tejidos vivos fiables.
Un equipo de investigadores se propuso medir y predecir cómo este esfuerzo de estrujamiento afecta a dos tipos diferentes de células humanas que trabajan juntas: células de vasos sanguíneos y células de tejido mamario. Para hacer esto, no se limitaron a imprimir las células y esperar lo mejor. En su lugar, construyeron un sistema completo para observar, calcular y probar qué sucede dentro de la impresora. Primero, estudiaron la sustancia espesa y gelatinosa utilizada para sostener las células, conocida como gelatina metacriloílo. Probaron este material en dos concentraciones y temperaturas diferentes para ver cómo fluía. Descubrieron que el comportamiento del material podía describirse mediante modelos matemáticos que predicen cómo se mueven los líquidos espesos, lo que les permitió simular el proceso de impresión en una computadora antes de tocar siquiera una célula real.
Para asegurar que sus simulaciones por computadora fueran precisas, los investigadores utilizaron una cámara de alta velocidad para observar el movimiento de diminutas partículas dentro del gel en flujo, confirmando que las predicciones digitales coincidían con el movimiento del mundo real. Con este modelo fiable en mano, centraron su atención en las propias células. Imprimieron una mezcla de los dos tipos de células en el gel a diferentes presiones y concentraciones. Los resultados revelaron una relación compleja entre las condiciones de impresión y la salud celular. Cuando las células se imprimieron en un gel más débil a una temperatura más baja, las consecuencias inmediatas mostraron un aumento en la muerte celular. Curiosamente, el gel más fuerte demostró niveles de estrés por cizallamiento más altos en comparación con el gel más débil, pero no causó el mismo pico inmediato de células muriendo.
Sin embargo, la historia no terminó en el momento en que se detuvo la impresión. Los investigadores dejaron las estructuras impresas reposar durante un día para ver cómo se recuperaban las células. Descubrieron que incluso los niveles bajos de estrés del proceso de impresión tenían un efecto retardado. A medida que aumentaba la presión utilizada durante la impresión, el número de células moribundas crecía tras solo un día de cultivo. Esto sugiere que las células son sensibles a las fuerzas físicas del proceso de impresión de formas que no son inmediatamente obvias. El estudio proporciona un método sólido para predecir estos efectos, demostrando que, al combinar el modelado por computadora con la observación cuidadosa, los científicos pueden comprender mejor las fuerzas ocultas que dan forma al futuro de la impresión de tejidos vivos.
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