Uso de nanodiscos coloidales para bioimpresión 3D de tejidos y modelos de tejidos

(Noticias de Nanowerk) La impresión 3D/bioimpresión basada en extrusión es un enfoque prometedor para fabricar injertos de ingeniería tisular específicos para cada paciente. Sin embargo, un desafío importante en la impresión 3D basada en extrusión y la bioimpresión es que la mayoría de los materiales que se utilizan actualmente carecen de la versatilidad para ser utilizados en una amplia gama de aplicaciones.

Un equipo de investigadores de la Universidad Texas A&M ha desarrollado una nueva nanotecnología que utiliza interacciones coloidales de nanopartículas para imprimir geometrías complejas que pueden imitar estructuras de tejidos y órganos. El equipo dirigido por la Dra. Akhilesh Gaharwar, profesor asociado y Presidential Impact Fellow en el Departamento de Ingeniería Biomédica, ha presentado soluciones coloidales de nanosilicatos 2D como tecnología de plataforma para imprimir estructuras complejas.

Los nanosilicatos 2D son nanopartículas inorgánicas en forma de disco con un diámetro de 20 a 50 nanómetros y un espesor de 1 a 2 nanómetros. Por encima de cierta concentración en agua, estos nanosilicatos forman una estructura de «castillo de naipes», que se conoce como solución coloidal.

Estas soluciones coloidales tienen propiedades atractivas a la hora de estudiar la deformación de un material como un metal. B. mayor viscosidad y límite elástico, así como adelgazamiento por cizallamiento, donde la viscosidad disminuye bajo tensión, y comportamiento tixotrópico, donde un material se deforma en respuesta a las fuerzas aplicadas. El Laboratorio Gaharwar utiliza las propiedades reológicas de estos nanosilicatos para la impresión 3D basada en extrusión. dr. Akhilesh K. Gaharwar, profesor adjunto del Departamento de Ingeniería Biomédica, presentó soluciones coloidales de nanosilicatos 2D como tecnología de plataforma para imprimir estructuras complejas mediante bioimpresión 3D. (Foto: Ingeniería de Texas A&M) (haga clic en la imagen para ampliar)

Los resultados de la investigación del equipo se publicaron en la revista bioimpresión («Nanosilicato 2D para fabricación aditiva: modificador reológico, tinta de sacrificio y baño de soporte»).

Algunos de los principales desafíos de la impresión 3D basada en extrusión son la incapacidad de imprimir estructuras grandes y complejas, ya que los materiales blandos fluyen por gravedad y no pueden formar estructuras autoportantes. Para superar estos desafíos, los investigadores utilizaron nanosilicatos coloidales y los demostraron como tecnología de plataforma para la bioimpresión utilizando tres enfoques diferentes.

En el primer enfoque, Satyam Rajput, estudiante de doctorado en ingeniería biomédica en el Laboratorio Gaharwar y autor principal del artículo, diseñó una tinta diluyente compuesta de nanosilicatos y polímeros solubles en agua como agarosa, alginato, carragenina kappa, gelatina como como gelatina metacriloilo, polietilenglicol y N-isopropilacrilamida. La formulación de tinta imprimible mostró una buena fidelidad de forma.

En el segundo enfoque, el equipo demostró el uso de nanosilicatos como tinta de sacrificio, una herramienta diseñada para fallar y ser eliminada, para diseñar dispositivos de microfluidos para el modelado de enfermedades in vitro. Estos dispositivos perfundibles se pueden utilizar para diversas aplicaciones para emular y estudiar la fisiología vascular y la mecánica de fluidos, modelos de enfermedades, organización y función de tejidos, ingeniería de tejidos terapéuticos y modelos de cultivos celulares en 3D, y detección de fármacos.

En el tercer enfoque, los investigadores utilizaron un gel de nanosílice coloidal como baño portador para la impresión 3D rompiendo la tensión superficial y las fuerzas gravitatorias. En el baño portador se imprimieron varias estructuras complejas, como un vaso bifurcado, un fémur, un menisco, una doble hélice de ADN, un corazón y una válvula trivalva.

«La versatilidad de los nanosilicatos podría tener amplias aplicaciones en la fabricación aditiva, la ingeniería de tejidos, la administración de fármacos y los dispositivos médicos», dijo Gaharwar.