El projecte europeu BRIGHTER, coordinat per l’IBEC, està desenvolupant una nova tecnologia per fabricar teixits humans funcionals com a alternativa a l’experimentació animal en l’àmbit de la recerca biomèdica. Es tracta d’una innovadora tecnologia de bioimpressió 3D basada en llum, que fabrica els teixits a partir de cultius cel·lulars tridimensionals. En un futur aquesta tecnologia fins i tot es podria fer servir per produir òrgans al laboratori.
El progrés en recerca biomèdica ha permès fer front a malalties i realitzar grans avanços mèdics en les darreres dècades. Malauradament, fins ara una part de la recerca ha necessitat models animals per poder avançar. La Unió Europea, a través de l’Associació Europea per a la Recerca Animal, regula molt estrictament la investigació amb animals, d’acord amb el principi de les 3R. És a dir: 1) Reemplaçar animals per altres mètodes; 2) Reduir el nombre d’animals utilitzats, i 3) Refinar la metodologia per minimitzar el patiment animal.
En línia amb les directrius europees, el projecte BRIGHTER (Bioprinting by light-sheet lithography: engineering complex tissues with high resolution at high speed), coordinat per l’Institut de Bioenginyeria de Catalunya (IBEC), es va crear justament amb la idea de contribuir a reduir l’experimentació animal mitjançant el desenvolupament de noves solucions en l’àmbit de la bioimpressió 3D. Es tracta de la utilització de la impressió 3D amb fins biomèdics (coneguda com a enginyeria de teixits o medicina regenerativa), sistema que cada vegada és més habitual en l’àmbit de les pròtesis òssies i dentals, i per a la producció de cartílag. A BRIGHTER els investigadors estan fabricant pell humana, un teixit molt complex.
Nova tecnologia BRIGHTER de bioimpressió 3D
BRIGHTER és un projecte finançat per la Unió Europea i coordinat per un grup d’experts del laboratori Sistemes Biomimètics per a l’enginyeria cel·lular de l’Institut de Bioenginyeria de Catalunya (IBEC), dirigit per la Dra. Elena Martínez. El seu objectiu principal és la creació de models in vitro suficientment complexos i acurats per al seu ús tant en la indústria farmacèutica (proves de cosmètics i fàrmacs), com en la recerca bàsica, amb la qual cosa es reduirà l’experimentació animal.
Per aconseguir-ho, els investigadors del projecte estan desenvolupant una nova tecnologia de bioimpressió 3D basada en llum làser d’alta qualitat, amb què pretenen superar alguns obstacles tècnics que actualment limiten la fabricació de teixits humans complexos.
“El nostre innovador sistema de bioimpressió 3D no només assoleix teixits més propers als reals, sinó que també és molt més ràpid que els sistemes actuals, un factor fonamental per garantir la viabilitat dels nous teixits”, explica la professora Elena Martínez, coordinadora del projecte europeu.
Un aspecte clau d’aquesta tecnologia són els hidrogels, materials que formen la base on creixeran les cèl·lules que formaran el nou teixit. Els hidrogels tenen propietats similars a les de l’entorn cel·lular, el que es coneix com a matriu extracel·lular. Aquesta matriu envolta les cèl·lules dins del cos i els proporciona nutrients, elasticitat i estabilitat. Un altre factor molt rellevant és que tot el procés es pot fer de manera personalitzada, ja que per fabricar el nou teixit es poden fer servir cèl·lules de pacients.
Pell impresa en un laboratori
Per posar a punt la nova tecnologia, els investigadors del BRIGHTER estan imprimint pell humana, un teixit amb una estructura tridimensional altament complexa, format per múltiples tipus cel·lulars i estructures com ara glàndules de suor i vellositats.
Per una banda, la pell fabricada amb aquesta nova tecnologia es podrà fer servir com a substitut d’animals tant en la indústria farmacèutica i cosmètica, com en els laboratoris de recerca bàsica, i a més serà un sistema molt més fiable ja que està feta amb cèl·lules humanes. Per altra banda, pot ajudar a donar resposta a la demanda de pell en intervencions mèdiques, per exemple, en cremats o persones que pateixen diferents malalties dermatològiques.
L’avantatge d’aquesta nova tecnologia és que permet modelar amb detall el teixit que s’està imprimint, cosa que, en el cas de la pell, és crucial, ja que és un teixit dinàmic i compost per diverses capes amb diferents tipus cel·lulars i composició de matriu extracel·lular. A més, aquesta tecnologia permet generar vascularització del teixit i incloure-hi apèndixs essencials, com ara les glàndules sebàcies (seu) i sudorípares (suor), i els fol·licles pilosos que generen els pèls.
Per “imprimir” la pell i que adopti la seva estructura, forma i consistència, els investigadors fan servir tècniques avançades d’imatge que combinen la il·luminació amb làmines de llum i fotomàscares digitals d’alta resolució, per així poder fixar les cèl·lules als hidrogels. Per fer-ho, apliquen llum làser directament sobre la barreja de materials (hidrogel i cèl·lules), que també conté molècules que reaccionen a la llum. D’aquesta manera és possible modelar el nou teixit i fabricar la seva estructura 3D “a la carta”, controlar-ne la rigidesa, la forma i les dimensions, i crear així teixits tridimensionals amb una geometria complexa.
“Esperem poder imprimir una mostra de pell d’1 cm2 d’àrea i 1 mm de gruix en aproximadament 10 min i amb una viabilitat cel·lular de més del 95 %, millorant molt les condicions actuals de bioimpressió”, conclou la Dra. Núria Torras, investigadora postdoctoral a l’IBEC.
Participen en el projecte BRIGHTER investigadors de tres institucions de recerca capdavanteres d’Europa (l’IBEC, d’Espanya; la Goethe Universität, d’Alemanya, i el centre Technion, d’Israel), juntament amb destacades empreses del sector biotecnològic (Mycronic, de Suècia, i Cellendes, d’Alemanya).
