Bioink derivado de Kombucha desarrollado para reparación de tejidos personalizados

La ingeniería de tejidos utiliza la impresión 3D y el bioink para cultivar células humanas en andamios, creando reemplazos para tejidos dañados como la piel, el cartílago e incluso los órganos. Un equipo de investigadores dirigido por el profesor Insup Noh de la Universidad Nacional de Ciencia y Tecnología de Seúl, República de Corea, ha desarrollado un bioink utilizando nanocelulosa derivada de Kombucha Scoby (cultura simbiótica de bacterias y levadura) como material de andamio.

El biomaterial ofrece una alternativa sostenible a las opciones convencionales, y se puede cargar en un biopén de «biowork» de mano, también desarrollado por el mismo equipo. El biopén digital permite la aplicación precisa de bioink a áreas desertadas dañadas, como el cartílago irregular y las heridas de la piel grandes, allanando el camino para una reparación de tejido in vivo más personalizada y efectiva, eliminando la necesidad de in vitro ingeniería de tejidos procesos.

Este artículo fue publicado en el Revista Internacional de Macromoléculas Biológicas el 1 de diciembre de 2024.

«Nuestra red de hidrogel de nanocelulosa prefabricada del cultivo simbiótico de bacterias y levadura tiene el potencial de usarse como una plataforma bioink para la ingeniería de tejidos in vivo cargando todo tipo de biomoléculas y medicamentos y bioimpresión directa», dice el profesor Noh.

Kombucha Scoby es un cultivo simbiótico de bacterias y levadura utilizadas para fermentar el té verde. Los microorganismos producen celulosa, que es biodegradable y compatible con las células. Sin embargo, la nanocelulosa derivada de Kombucha Scoby tiene una estructura enredada, que requiere modificación para la bioimpresión 3D. Esto implica ajustar sus propiedades reológicas (cómo fluye) y propiedades mecánicas Para mejorar la extrusión y mantener la integridad estructural después de la impresión.

Los investigadores lograron esto mediante la nanocelulosa parcialmente hidrolizada con ácido acéticoRompiendo los enlaces de glucosa y desenredado de la red por su bioprintabilidad. Sin embargo, este tratamiento carecía de control de sus propiedades, lo que llevaba a una reducción de su resistencia estructural. El equipo reforzó la nanocelulosa con nanopartículas de quitosano (cargado positivamente) y kaolina (cargadas negativamente). Estas partículas de quitosano y caolina interactúan con la celulosa a través de fuerzas electrostáticas, formando un hidrogel estable adecuado para la bioimpresión 3D.

El bioink se preparó mezclando los ingredientes, incluidas las células vivas, dentro de un biopente. Controlados digitalmente, dos tornillos contrarrotantes dentro del biopén mezclaron uniformemente los ingredientes, creando un bioink homogéneo que podría aplicarse directamente a través de una aguja sobre el tejido dañado.

Cuando se adjunta a una bioimpresión 3D, el biopén permitió la creación de estructuras múltiples de capas con alta resolución, como tubos bifurcados y pirámides que exceden 1 cm de altura. El biopén también se usó para la impresión directa de capa por capa in situ de defectos de forma irregular. Utilizándolo, los investigadores llenaron con precisión los moldes de cráneo y cabeza femoral impreso en 3D con defectos diseñados.

El bioink y la combinación de biopen digital ofrece una solución rentable para tratar grandes áreas y heridas de forma irregular sin ningún proceso de regeneración de tejidos in vitro, particularmente en situaciones de emergencia y primeros auxilios.

«Esta tecnología permite un proceso rápido y fácil de un solo paso donde el medicamento y el hidrogel se mezclan e inmediatamente se aplican en el sitio a áreas lesionadas de diferentes formas», dice el profesor Noh.