La piel artificial cultivada por ingeniería de tejidos es ya una realidad de la práctica clínica. Algunos centros hospitalarios con Unidad de Quemados han empezado a utilizarla como alternativa en aquellos casos en los que el autoinjerto de piel no es una opción viable. Pero los avances en este campo gracias a las nuevas tecnologías, como la fabricación aditiva (popularmente conocida como impresión 3D), han posibilitado el desarrollo de una nueva biotinta capaz de construir piel humana a través de la ingeniería de tejidos.
Ha sido un equipo de investigadoras del grupo de Sistemas Biomiméticos para Ingeniería Celular del Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC) el queha dado un paso adelante en la materia con el diseño de modelos de piel dérmica epitelizada en base a unos hidrogeles fotorreticulares de tiol-norborneno-pululano (N-PLN). La particularidad de la investigación también reside en que estos hidrogeles han sido impresos gracias a la tecnología 3D, en una bioimpresora de escritura por láser desarrollada en el laboratorio.
Hasta ahora, los tejidos cutáneos obtenidos artificialmente podían utilizarse con diferentes aplicaciones, tales como la sustitución de piel, la creación de apósitos avanzados para la cicatrización de heridas, el testeo de nuevos fármacos en fases preclínicas, el desarrollo de modelos de enfermedades o para realizar ensayos cosméticos. Además, suponen un avance respecto a los autoinjertos de piel en el caso de las terapias de sustitución cutánea, pues no todos los pacientes pueden beneficiarse de la misma.
La nueva biotinta abre nuevos horizontes para investigaciones con ensayos preclínicos 'in vitro' para farmacia y cosmética
El injerto del propio paciente sólo es factible si este cuenta con una zona de piel donante suficiente, algo que no siempre es posible en quemados. Ante esta casuística, la piel humana artificial se presentaba como una solución alternativa eficaz, aunque no exenta de retos. La ingeniería de tejidos es capaz de obtener piel humana a través del cultivo de células cutáneas del paciente mediante una biopsia cutánea de unos pocos centímetros. Posteriormente, en laboratorio, se estimula el crecimiento de queranocitos (epidermis) y fibroblastos (dermis) para obtener las láminas necesarias.
Las características de esta piel obtenida en laboratorio son muy similares a la dermis y epidermis humanas. Sin embargo, los tejidos cutáneos sintetizados con bioingeniería deben ser fáciles de preparar, resistentes mecánicamente y adecuados para favorecer la adhesión y el crecimiento celular, tanto en el compartimento epidérmico como en el dérmico. Ese equilibrio entre elasticidad y estabilidad mecánica y lograr el microambiente celular adecuado son los desafíos más importantes para la implantación exitosa de la piel sintética.
El estudio del IBEC, liderado por la investigadora Elena Martínez, resuelve estas cuestiones. En él, presentan una nueva biotinta entrecruzable mediante luz láser que puede utilizarse para la elaboración de piel humana. El compartimento dérmico se construyó con la fotopolimerización de una solución de pre-polímero que contenía fibroblastos humanos, mientras que el compartimento epidérmico se desarrolló sembrando queratinocitos humanos en los hidrogeles previamente generados con fibroblastos embebidos.
El proceso de obtención es rápido, los modelos son fácilmente reproducibles y, al mismo tiempo, rentables económicamente
La fabricación aditiva con un sistema de bioimpresión 3D basado en luz visible y hecho a medida permitió imprimir unos hidrogeles de 2,5 mm³ con células en su interior, en tan sólo 10 segundos. Fue precisamente gracias a las formulaciones de tiol-norborneno-pululano (N-PLN) lo que posibilitó una matriz extracelular bien definida y con reticulaciones ortogonales, al mismo tiempo que mantenía unas altas tasas de viabilidad celular para fibroblastos encapsulados.
Estos hidrogeles, formados después de una breve exposición a la luz visible a baja dosis, exhiben las propiedades fisicoquímicas necesarias para proporcionar una excelente viabilidad, proliferación y elongación celular, así como la secreción de proteínas de matriz extracelular, cruciales para la correcta formación de los tejidos. Además, los hidrogeles con fibroblastos embebidos apoyan la adhesión y crecimiento de los queratinocitos encima, lo que permite la formación de constructos dérmicos epitelializados.
De esta manera, el proyecto de las investigadoras del IBEC marca un hito en el abordaje de los tejidos cutáneos sintetizados por bioingeniería, estableciendo un punto de partida para el desarrollo de modelos de piel humana basados en hidrogeles fotopolimerizables y utilizando la química de tiol-norborneno. El proceso de obtención es rápido, los modelos son fácilmente reproducibles y, al mismo tiempo, rentables económicamente, por lo que la nueva biotinta abre nuevos horizontes para investigaciones con ensayos preclínicos in vitro para farmacia y cosmética.