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Los andamios impresos en 3-D restauran la función del ovario en ratones infértiles
En un nuevo estudio, los investigadores usan la impresión 3-D para hacer un andamio poroso de ovario y sembrarlo con células inmaduras que producen huevos. Muestran que los ratones infértiles implantados con el ovario diseñado pueden ovular, aparearse y dar a luz y criar cachorros sanos de la manera normal. El estudio es el primero en lograr dicho resultado con la ayuda de la impresión tridimensional, y muestra cómo la utilización de la tecnología para afinar la arquitectura de poro del andamio es clave para el éxito.
Los investigadores han permitido que los ratones infértiles para dar a luz a una descendencia saludable mediante la impresión en 3-D de los ovarios.
La investigación, publicada en Comunicaciones naturales, es el trabajo de un equipo que incluye miembros de la Escuela de Medicina Feinberg de Northwestern University en Chicago y la Escuela de Ingeniería McCormick de Northwestern en Evanston, ambas en Illinois.
Los ovarios sanos no solo son importantes para la fertilidad; también producen hormonas que desencadenan la pubertad y la menopausia.
Los investigadores llevaron a cabo el estudio porque quieren encontrar una forma de ayudar a los pacientes de todas las edades que se someten a tratamientos (como el cáncer) que afectan su función ovárica. Los pacientes jóvenes que pierden la función de los ovarios a menudo necesitan terapia de reemplazo hormonal para desencadenar la pubertad.
En su estudio, los autores señalan que los enfoques actuales, incluida la fertilización in vitro (FIV) y los trasplantes de ovario, no brindan "soluciones a largo plazo y dejan a los pacientes pediátricos con enfermedad metastásica sin opciones".
Se han realizado varios intentos para diseñar ovarios utilizando una gama de biomateriales combinados con folículos, los bolsillos esféricos dentro de los ovarios que contienen óvulos inmaduros y producen hormonas, pero estos han tenido un éxito limitado.
Los autores explican que uno de los desafíos para la ingeniería tisular, un ovario de reemplazo, que denominan un ovario "bioprotésico", es garantizar que los folículos sobrevivan en el entorno artificial.
Los folículos deben mantenerse justo en 3-D
Para sobrevivir, los folículos deben mantenerse de una manera particular en el entorno 3-D. Necesitan mantenerse en su lugar para alcanzar la madurez, mantener el contacto con otras células y producir hormonas. Si se mueven con demasiada libertad y se extienden, esto no sucederá.
Los estudios con ratones que usan ovarios bioprotésicos hechos de andamios de hidrogel han tenido éxito en la producción de nacimientos vivos. Entonces, este fue el punto de partida para el nuevo estudio.
Los avances recientes en la impresión 3D, también conocida como fabricación aditiva, permiten a los investigadores fabricar tejido vivo y funcional utilizando estructuras biocompatibles que pueden contener células y varias partes de soporte en 3-D.
Esta denominada bioimpresión 3-D ya se ha utilizado para diseñar nuevos tejidos de piel, hueso, corazón, cartílago y otras partes del cuerpo.
Los investigadores encontraron que la bioimpresión 3-D les ofreció una forma de variar la arquitectura de los poros del andamio y usar esto para controlar el grado en que los folículos se mantienen en su lugar en 3-D.
Mostraron que cuanto mayor era la interacción con el andamiaje, menos se diseminaban los folículos y mayor era la probabilidad de supervivencia.
Cuando los investigadores trasplantaron los ovarios bioprotésicos en ratones esterilizados quirúrgicamente, los ratones ovularon, se aparearon con éxito y dieron a luz a camadas sanas. Incluso fueron capaces de amamantar a sus cachorros.
Primera impresión exitosa de andamio de gelatina autoportante
El equipo usó la gelatina como la "tinta" para imprimir el andamio. Este material es seguro para su uso en humanos y es lo suficientemente rígido para su uso en cirugía, así como lo suficientemente poroso como para permitir que las células interactúen con el tejido circundante.
La investigadora principal Ramille Shah, profesora asistente de cirugía en Feinberg y de ciencia e ingeniería de materiales en McCormick, explica que la mayoría de los hidrogeles son demasiado débiles para producir una estructura tridimensional. Están hechos principalmente de agua y colapsan.
"Pero encontramos una temperatura de gelatina que permite que sea autosuficiente, no se colapse, y conduce a la construcción de múltiples capas", agrega. "Nadie más ha podido imprimir gelatina con una geometría bien definida y autosuficiente".
La arquitectura abierta del andamio hizo más que solo dar a los folículos el soporte 3-D adecuado para la maduración de óvulos y la ovulación. También permitió el desarrollo de vasos sanguíneos dentro del implante para que las hormonas liberadas pudieran ingresar al torrente sanguíneo y desencadenar la lactancia en ratones hembra, como lo demuestra el hecho de que fueron capaces de amamantar a sus cachorros.
El estudio acerca el día en que se pueden utilizar implantes de bioingeniería en lugar de tejido de donante trasplantado para restaurar la función del ovario en humanos. Su principal contribución es mostrar el potencial de la impresión 3-D para ser parte de ese viaje.
"Este es el primer estudio que demuestra que la arquitectura de andamios hace una diferencia en la supervivencia de los folículos. No podríamos hacer eso si no usáramos una plataforma de impresoras 3-D".
Prof. Ramille Shah
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