Por primera vez en el mundo, los investigadores han impreso piel viva de varias capas directamente sobre lesiones importantes en ratas para reparar la piel sin cicatrices. No es ciencia ficción: en realidad están imprimiendo piel (y posiblemente cabello) en 3D directamente en las áreas dañadas.
La piel de la cabeza y la cara es vital para proteger las estructuras subyacentes. También es parte integral de nuestra identidad. El daño total de la piel causado por una lesión traumática o una cirugía extensa en la cara o la cabeza (para extirpar un tumor canceroso, por ejemplo) puede afectar negativamente la confianza y la autoestima de una persona.
A pesar de los avances en la cirugía plástica y reconstructiva, reparar la pérdida total de piel en la cabeza y la cara usando injertos de piel es un reto. Puede provocar cicatrices, pérdida permanente del cabello y fracaso del injerto. Pero ahora, investigadores de la Universidad Estatal de Pensilvania (Penn State) se han convertido en los primeros en imprimir en 3D piel viva de espesor total con potencial para el crecimiento del cabello durante una cirugía en ratas, corrigiendo de inmediato un déficit significativo de piel en las cabezas de los animales.
«La cirugía reconstructiva para corregir un traumatismo en la cara o la cabeza debido a una lesión o enfermedad suele ser imperfecta y produce cicatrices o pérdida permanente del cabello», dijo Ibrahim Ozbolat, autor correspondiente del estudio. “Con este trabajo, demostramos piel bioimpresa de espesor total con potencial para hacer crecer pelo en ratas. Esto es un paso más hacia la posibilidad de lograr una reconstrucción de la cabeza y el rostro en humanos con un aspecto más natural y estéticamente más agradable”.
Anatómicamente, la piel tiene tres capas: la epidermis más externa (visible), la dermis media y la capa más profunda, la hipodermis. La hipodermis, compuesta de tejido conectivo y grasa, proporciona estructura y soporte protector sobre el cráneo. Las raíces de los folículos pilosos se extienden hasta la hipodermis, que es donde el cabello comienza a crecer.
«La hipodermis está directamente involucrada en el proceso por el cual las células madre se vuelven grasas», dijo Ozbolat. “Este proceso es fundamental para varios procesos vitales, incluida la cicatrización de heridas. También desempeña un papel en el ciclo de los folículos pilosos, específicamente para facilitar el crecimiento del cabello”.
Ozbolat y el equipo de Penn State habían utilizado previamente dos biotintas diferentes para imprimir en 3D. tejidos duros y blandos simultáneamente para reparar agujeros en el cráneo y la piel de roedores. En el estudio actual, fueron un paso más allá.
Comenzaron con tejido graso (adiposo) de pacientes sometidos a cirugía, extrayendo la red de moléculas y proteínas (la matriz extracelular) que proporciona estructura y estabilidad al tejido. Esto formó un componente del biotinta. El segundo componente fueron células madre extraídas del tejido adiposo. El tercero era una solución coagulante que contenía fibrinógeno, para ayudar a que los otros componentes se unieran al sitio de la lesión. Cada componente se cargó en compartimentos separados en la bioimpresora.
Kang et al.
«Los tres compartimentos nos permiten coimprimir la mezcla de matriz y fibrinógeno junto con las células madre con un control preciso», dijo Ozbolat. «Imprimimos directamente en el sitio de la lesión con el objetivo de formar la hipodermis, lo que ayuda con la cicatrización de heridas, la generación de folículos pilosos, la regulación de la temperatura y más».
Para identificar la mezcla perfecta, los investigadores experimentaron con tres biotintas que contenían diferentes cantidades de matriz extracelular.
«Realizamos tres conjuntos de estudios en ratas para comprender mejor el papel de la matriz adiposa y descubrimos que la administración conjunta de la matriz y las células madre era crucial para la formación de la hipodermis», dijo Ozbolat. «No funciona eficazmente sólo con las células o la matriz: tiene que ser al mismo tiempo».
Después de bioimprimir las capas de hipodermis y dermis, la epidermis externa se formó por sí sola para proporcionar una curación casi completa de la herida en dos semanas. También descubrieron que la hipodermis contenía «crecimientos descendentes», el inicio del desarrollo de los folículos pilosos. Estudios han demostrado que las células madre derivadas de grasa están estrechamente asociadas con los folículos pilosos y pueden impulsar su crecimiento mediante la liberación de factores de crecimiento.
«En nuestros experimentos, las células grasas pueden haber alterado la matriz extracelular para apoyar mejor la formación de crecimiento descendente», dijo Ozbolat. «Estamos trabajando para avanzar en esto, para madurar los folículos pilosos con densidad, direccionalidad y crecimiento controlados».
El siguiente vídeo, que se incluyó en el artículo de investigación, demuestra la técnica de bioimpresión 3D utilizada para imprimir directamente sobre las heridas en la cabeza de las ratas. El video muestra heridas abiertas y con sangre, por lo que si eres aprensivo, probablemente sea mejor omitirlo.
Imprimir nuevas capas de piel directamente sobre una herida
Los investigadores tienen la esperanza de que su tecnología, especialmente la capacidad de crecimiento del cabello, mejore el «aspecto» de las cirugías reconstructivas para que parezcan más naturales, lo que tendría un impacto positivo en el bienestar mental de los pacientes. Están buscando combinar su trabajo anterior, la impresión de huesos en 3D, e investigar cómo igualar la pigmentación en una variedad de tonos de piel.
“Creemos esto [technology] podría aplicarse en dermatología, trasplantes de cabello y cirugías plásticas y reconstructivas; podría dar como resultado un resultado mucho más estético”, dijo Ozbolat. «Con la capacidad de bioimpresión totalmente automatizada y materiales compatibles a nivel clínico, esta tecnología puede tener un impacto significativo en la traducción clínica de la piel reconstruida con precisión».
El estudio fue publicado en la revista Materiales bioactivos.
Fuente: Estado de Pensilvania
