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La ingeniería de tejidos vascularizados es uno de los principales retos de la ingeniería de tejidos20. Los métodos actuales para crear tejido vascular diseñado se centran en la creación de microvasculatura autoensamblada21,22,23 o en la fabricación de andamios vasculares a mesoescala24,25 y no en la recreación de un sistema de vasculatura jerárquica, que se puede perfundir inmediata y directamente después de la implantación26 . En este trabajo, describimos un protocolo que hace uso de dos modalidades de impresión 3D para fabricar una red jerárquica de vasos compuesta por vasculaturas a microescala y mesoescala. El protocolo combina una red microvascular bioimpresa en 3D y autoensamblada con un andamio vascular a mesoescala, logrando un colgajo implantable y vascularizado. Además, este trabajo presenta un protocolo para anastomosar directamente este colgajo a la arteria femoral de una rata.
La bioimpresión 3D ha ganado interés en los últimos años debido a su versatilidad sobre las técnicas tradicionales de ingeniería de tejidos. Si bien este protocolo describe la generación de una red microvascular en la biotinta rhCollMA, los métodos utilizados se pueden aplicar con pocas modificaciones a muchas otras biotintas de la plétora de biotintas estudiadas y novedosas y baños de soporte27,28. Elegimos usar rhCollMA como biotinta debido a la abundancia de colágeno tipo I en la ECM humana, proporcionando un ambiente adecuado para la unión celular. Además, se produce de forma recombinante en plantas y se modifica posteriormente con grupos metacrilato, lo que permite la fotopolimerización y la formación de hidrogeles 3D estables29,30. El fotocrosslinking se logró mediante la adición del fotoiniciador LAP, que ha demostrado no ser tóxico y se activa por exposición a luz azul de 405 nm, reduciendo la posible fototoxicidad de la luz UV. Sin embargo, el uso de biotintas fotosensibles requiere el uso de un medio de cultivo libre de rojo de fenol para la preparación de la biotinta y el material de soporte. Además, el protocolo describe el uso de material de soporte de gelatina, que permite la extrusión de alta fidelidad de biotintas como rhCollMA. Por lo tanto, es fundamental garantizar el uso de medio frío durante su preparación y el enfriamiento de la cama de la impresora. El calentamiento excesivo puede ocurrir debido a la fuente de luz utilizada para la reticulación o a temperaturas ambientales elevadas.
Aquí se ha utilizado una bioimpresora basada en extrusión para crear la red microvascular bioimpresa, y actualmente hay muchas bioimpresoras disponibles comercialmente que pueden generar construcciones similares. Además, los métodos propuestos pueden modificarse y aplicarse fácilmente para estudiar diferentes geometrías, tamaños y patrones de relleno. En este trabajo, se eligió un patrón de relleno rectilíneo para crear poros interconectados, y esto se puede imprimir con relativa rapidez con alta fidelidad.
Las burbujas de aire introducen un desafío significativo en la bioimpresión de extrusión, especialmente en el interior de materiales de soporte. Por lo tanto, es crucial minimizar la presencia y formación de estas burbujas mediante el uso de pipetas de desplazamiento positivo para la transferencia del material de soporte, la preparación de la suspensión de células de biotinta y su transferencia a los cartuchos de impresión.
En este trabajo, las células endoteliales derivadas de tejido adiposo humano y las células madre de la pulpa dental se utilizaron como células de soporte debido a su aislamiento relativamente fácil de los pacientes. Además, se eligió una concentración celular total de 8 x 106 células/ml ya que se ha demostrado que esta concentración establece las redes vasculares más desarrolladas16. Si bien este protocolo se puede emplear para generar microvasculatura utilizando diferentes tipos de células y fuentes, así como diferentes biotintas, se debe realizar una calibración de la concentración celular para establecer las mejores condiciones para el desarrollo de la red microvascular. Además, las células específicas del tejido (es decir, mioblastos u osteoblastos) se pueden incorporar dentro de la biotinta para lograr colgajos vascularizados específicos del tejido.
El molde para el andamio vascular poroso se fabricó utilizando material soluble en agua impreso en 3D en una impresora 3D de extrusión disponible comercialmente. Esto da como resultado una técnica rentable basada en plataformas de prototipado rápido, de modo que se pueden estudiar y examinar rápidamente muchas geometrías y tamaños diferentes de andamios vasculares31. Sin embargo, una limitación de este método es el límite de resolución de la mayoría de las impresoras 3D32. Sin embargo, con la rápida evolución de la industria que rodea a la fabricación aditiva, se espera que estos límites mejoren con el tiempo. El uso de disolventes orgánicos para el proceso de fabricación es otra limitación del protocolo, ya que la mayoría de los disolventes orgánicos son tóxicos para las células, lo que impide la capacidad de combinar el procedimiento de bioimpresión con el proceso de fabricación del andamio vascular.
El método descrito de sembrar la luz del andamio utilizando la aspiración en lugar de empujar la suspensión celular tiene efectos importantes en la localización de las células sembradas. El uso de presión negativa permite la endotelización de la luz interna del andamio al tiempo que minimiza cualquier derrame de la suspensión celular a través de las perforaciones en la pared del andamio16.
El método de "manguito" descrito para las anastomosis microquirúrgicas se puede modificar y adaptar fácilmente a diferentes materiales o tamaños de andamios vasculares, así como a diferentes arterias y venas en una amplia escala de modelos animales. Las adaptaciones al protocolo incluirían diferentes tamaños de tubos de poliimida y tamaños de sutura. Este método no requiere la perforación de la pared del andamio, lo que podría conducir al desarrollo de defectos. Este trabajo presenta un protocolo que se puede ampliar a muchas aplicaciones. Los aspectos críticos de este protocolo, que incluyen la fabricación de vasculaturas a meso y microescala y su ensamblaje e implantación, representan aspectos críticos de los colgajos diseñados tanto para aplicaciones reconstructivas, como para estudios de ingeniería vascular y otros tejidos.