Los científicos de Oregón están imprimiendo en 3D su camino hacia un futuro más saludable para todos nosotros

Las células de Haylie Helms están pegadas al costado de una botella de plástico transparente como miles de percebes invisibles.

"Si las metes en uno de estos frascos y les das los [nutrientes] correctos, las células continúan creciendo y se esparcirán por el plástico", explica mientras comienza a golpear la botella con el costado de la palma de la mano.

El líquido rosa poco profundo en la botella se ondula bajo el impacto. A medida que las células se alejan del costado, el líquido se vuelve ligeramente turbio. Helms transfiere la solución a un tubo de ensayo y la hace girar en una centrífuga.

El sedimento en el fondo de este tubo contiene alrededor de 1 millón de células de cáncer de próstata.

Brandon Swanson / OPB

Cuando sale, el líquido vuelve a ser claro y hay una leve mancha blanquecina en el fondo del tubo.

"Así que no es lo más fácil de ver, pero... hay un pequeño bulto en la parte inferior", dice ella. "Hay alrededor de un millón de células en ese pequeño sedimento".

Las células son los pequeños bloques de construcción de la vida, y estas células son clave para el trabajo de vanguardia del investigador de la Universidad de Ciencias y Salud de Oregón en un campo de la ciencia médica llamado biofabricación, esencialmente construir con biología. Uno de los objetivos a largo plazo de la biofabricación es crear órganos humanos trasplantables.

En el transcurso de muchos meses, Helms ha desarrollado una forma de imprimir células individuales en 3D. Es una técnica que puede acercar el campo a este objetivo.

La investigadora de OHSU, Haylie Helms, prepara células de cáncer de próstata para su impresión.

Brandon Swanson / OPB

"Algo así como funciona una impresora de inyección de tinta: tienes todos tus diferentes colores. Puedo simplemente poner diferentes tipos de celdas en cada uno de los canales", dice.

La impresora que usa para su trabajo es de fabricación comercial, pero lo que está haciendo con ella (imprimir una celda diminuta a la vez para comprender cómo interactúan entre sí) es muy nuevo.

"Imprimo todo tipo de células. Y el objetivo es tomar todas las células que forman un tejido y juntarlas en el patrón adecuado", dice.

La técnica es tan nueva que cuando los representantes de la empresa de impresión visitaron el laboratorio de Portland donde trabaja Helms, quedaron asombrados.

"Incluso cuando le dije a la compañía que esto es lo que estoy haciendo, me dijeron que eso no es posible. Y dije: 'Por favor miren'", dijo.

En lugar de imprimir con tinta, los científicos de OHSU han descubierto cómo imprimir celdas individuales. En este cartucho que se carga en la impresora hay alrededor de un millón de células de cáncer de próstata.

Brandon Swanson / OPB

Cargadas en su cartucho de impresora ese día hay células de cáncer de próstata.

Helms agarra un controlador de videojuegos y lo usa para mover el cabezal de la impresora.

"Muévase hacia arriba y hacia abajo, a la izquierda, a la derecha, y luego dígales a las células cuándo deben venir", dice sin apartar los ojos de la pantalla de una computadora que muestra una imagen muy ampliada de la superficie de impresión. "Porque cuando lo que imprimes es como una fracción de milímetro, es difícil encontrarlo más tarde".

Presiona un botón y, de repente, aparece un punto blanco contra el fondo gris de su pantalla.

La investigadora de la Oregon Health & Science University, Haylie Helms, utiliza un controlador de videojuegos para dirigir un cabezal de impresora 3D e imprimir con precisión celdas individuales en esta imagen recopilada de "All Science. No Fiction". imágenes de video en octubre de 2023.

Brandon Swanson / OPB

"Este pequeño punto es una celda individual", dice ella.

Se mueve unas pocas micras hacia la izquierda y deposita otra, ahora dos células de cáncer de próstata colocadas con una precisión increíble.

"Todos se burlan de mí porque en realidad no trabajo. Solo me siento aquí y juego videojuegos todo el día", dice.

Pero lo que está en juego aquí es mucho más alto que en un videojuego promedio.

"No son solo las mutaciones genéticas dentro del cáncer las que causaron que [se formara]. También es cómo se organizan las células. Si un tipo de célula está al lado de un tipo de célula diferente, eso puede indicar si vas a tener una mejor o peor pronóstico", dice Helms.

Helms está utilizando su técnica de impresión para descubrir cómo se comportan las diferentes configuraciones de células.

"Tomaré una célula cancerosa y pondré células sanas alrededor y veré: ¿cómo se comunican estas células?". ella explica. "¿Sigue creciendo el cáncer? ¿Las células sanas se vuelven más cancerosas? Y seguimos cambiando los patrones y los tipos de células para averiguar: ¿Cómo se comunican estas células entre sí?".

Y, en última instancia, puede revelar qué hace que el cáncer de una persona sea más agresivo que el de otra, y esa información es muy valiosa. Porque una vez que entienden las interacciones entre las células, los investigadores tienen la información que necesitan para desarrollar nuevos tratamientos.

"Los medicamentos [contra el cáncer] se enfocan en las interacciones específicas y los mecanismos de funcionamiento de las células", dice Helms. "Si no sabes cuál es ese mecanismo, no puedes crear un fármaco para él".

Los investigadores de OHSU han ideado una forma de imprimir en 3D células individuales tan pequeñas que son invisibles a simple vista.

Brandon Swanson / OPB

Si bien el enfoque de investigación de Helms se encuentra actualmente en el cáncer, el profesor asociado de OHSU, Luiz Bertassoni, está entusiasmado con lo que pronto podría ser posible gracias al nuevo trabajo de impresión de celda por celda.

"Sabes, estamos realmente enfocados en la precisión", dice.

Bertassoni dirige el laboratorio donde trabaja Helms.

"Cada célula de tu cuerpo está ahí por una razón, literalmente", dice. "Estamos particularmente interesados ​​en replicar ese nivel de precisión que nos brinda la naturaleza porque creemos que esa es la clave para recrear realmente la función que tiene el cuerpo".

En pocas palabras, el objetivo de Bertassoni es poder imprimir en 3D órganos humanos complejos que funcionen en las personas.

Según la Administración de Recursos y Servicios de Salud, más de 100,000 personas en los Estados Unidos están esperando trasplantes de órganos. Diecisiete personas que esperan trasplantes mueren cada día.

La impresión de órganos trasplantables es un desafío al que se enfrentan muchos laboratorios de todo el mundo. Ha habido un gran progreso en la construcción de tejidos y versiones simplificadas de órganos, pero Bertassoni dice que nadie ha logrado que funcionen completamente como los de los organismos vivos.

Él piensa que ser capaz de replicar con precisión un órgano, célula por célula por célula, es la forma de superar esta joroba.

La técnica de impresión 3D de Helms puede proporcionar los medios para lograrlo.

"Con los otros métodos de ingeniería de tejidos que existen, podemos crear las estructuras. Podemos establecer las proteínas y el andamiaje que crea la forma", dice ella. "Pero ahora con esto también podemos agregar las celdas en el arreglo que necesitan".

Los investigadores de OHSU creen que ser capaz de replicar con precisión un órgano, célula por célula por célula, es la clave para crear órganos trasplantables que realmente funcionen.

Brandon Swanson, Jes Burns / OPB

Pero hay muchas cosas que deben suceder antes de que sea posible crear órganos trasplantables fabricados o cultivados en laboratorio.

"Es una solución potencialmente prometedora... En principio, eso es posible", dice el ingeniero de la Universidad de Utah, Yong Lin Kong, que se especializa en impresión 3D biomédica, pero no está relacionado con el trabajo de OHSU. Ha seguido de cerca los desarrollos en el campo.

"Por supuesto, también habrá siempre... desafíos imprevistos", dice. "Porque todavía tenemos mucho que aprender de la biología sobre cómo se unen las células y los tejidos. Y esa información faltante podría ser el próximo obstáculo una vez que hayan construido esos sistemas".

Pero incluso antes de eso, dice Bertassoni, los desafíos de construir algo tan grande como un órgano humano son considerables. Y obtener el nivel necesario de construcción de celdas de precisión a una escala que sea significativa para el cuerpo humano es importante.

"Puedes poner tres células una cerca de la otra, sí, eso es genial. Eso es importante. Pero, ¿puedes [colocar] tres o cuatro células, cuatro millones de veces? Que es realmente lo que se necesitaría para construir un hígado completo, " él dice.

Y esta es la dirección en la que se dirige el laboratorio de OHSU.

"Esto es solo el comienzo. Estamos refinando nuestros procesos. Estamos ampliando. Estamos haciendo esto más rápido y reproducible", dice Helms.

Bertassoni reconoce que queda un largo camino por recorrer para la tecnología de impresión de precisión. Pero las implicaciones de este enfoque para la atención médica personalizada son asombrosas.

"Si entras en un hospital y dices: 'Tengo insuficiencia hepática, necesito un hígado nuevo'", dice Bertassoni, imaginando un escenario en un futuro no muy lejano.

“[Y tú dices,] 'Espera un momento, te voy a imprimir un hígado'. Y traes un hígado que es específico para ese paciente... Entonces, cambias de medicina para siempre".

Esta historia fue producida como parte de la serie científica de OPB "All Science. No Fiction". que se enfoca en la investigación basada en soluciones que ocurre en el noroeste del Pacífico.

¿Está interesado en aprender más sobre la increíble investigación de biofabricación que se lleva a cabo en OSHU? ¿Disfrutas de tu ciencia en forma de video? Echa un vistazo a los últimos episodios de "All Science. No Fiction".

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