Mayo Clinic ha desarrollado su primer prototipo tridimensional de piel humana bioimpresa para modelar enfermedades inflamatorias de la piel. La bioimpresión tridimensional es una tecnología que mezcla biotintas con células vivas para imprimir estructuras similares a los tejidos naturales en tres dimensiones.
Esta nueva tecnología proporciona el modelo de piel más parecido al del ser humano para estudiar afecciones inflamatorias, como la dermatitis atópica, más comúnmente conocida como eccema, una afección cutánea inflamatoria crónica que provoca sequedad, picazón e inflamación de la piel.
El procedimiento de bioimpresión tridimensional de la piel, sus aplicaciones y limitaciones se describen en un artículo de revisión publicado en la revista Regenerative Biomaterials.
"La bioimpresión tridimensional es un campo emergente en la ingeniería de tejidos y la medicina regenerativa que tiene la posibilidad de transformar la práctica clínica y de laboratorio. En este artículo, analizamos el proceso de bioimpresión tridimensional de la piel, incluidas la selección de células, la selección de matrices de soporte y las ventajas y los inconvenientes de determinadas biotintas cutáneas", explica la Dra. Saranya Wyles, dermatóloga y autora principal del artículo. "Este modelo tridimensional recrea con mayor precisión la enfermedad, crea injertos quirúrgicos y ofrece la posibilidad de probar nuevos tratamientos".
Una enfermedad con pocas opciones que provoca sequedad y picazón
El eccema es una afección dolorosa que provoca sequedad y picazón en la piel, lo que puede desencadenar una respuesta inmunitaria y causar a su vez inflamación de la piel. El eccema puede debilitar la capacidad de la piel para retener la humedad y protegerse frente a infecciones bacterianas, víricas o fúngicas. Las personas con esta enfermedad suelen correr el riesgo de tener afecciones, como asma y alergias a los alimentos. Los pocos tratamientos que existen pueden aliviar los síntomas, pero no son una cura.
La falta de modelos preclínicos que simulen con exactitud la enfermedad humana ha limitado la investigación para comprender mejor el eccema y desarrollar nuevos tratamientos para esta afección.
"En este punto es donde la bioimpresión tridimensional aporta nuevas opciones. Puede crear equivalentes humanos más fieles y representativos de la enfermedad, a diferencia de los modelos animales con los que hemos trabajado en el pasado", afirma la Dra. Wyles. "Se pueden obtener modelos (mediante la bioimpresión) de enfermedades inflamatorias de la piel y enfermedades poco comunes para comprender mejor la patología subyacente y el estudio de los medicamentos y saber cómo podrían afectar al paciente".
El equipo de la Dra. Wyles, que incluye al Dr. Alexander Revzin, científico colaborador, espera reproducir afecciones inflamatorias de la piel utilizando células de personas con eccema para bioimprimir piel tridimensional. El equipo de investigación analizará los tratamientos regenerativos tópicos e inyectables, como la tecnología de exosomas, en piel bioimpresa con la esperanza de identificar nuevos tratamientos. Los exosomas son sustancias sin células que funcionan como un servicio de entrega que traslada carga de una célula a otra, con instrucciones para dirigirse a los tejidos exactos que necesitan reparación.
La investigación de la Dra. Wyles cuenta con el apoyo del Centro de Bioterapias Regenerativas de Mayo Clinic y la financiación de la Skoll Foundation. Su trabajo contribuye al objetivo del centro de ofrecer nuevos tratamientos celulares para afecciones complejas con pocas opciones terapéuticas.
Bioimprimir un órgano complejo
La piel es el órgano más grande del cuerpo y se regenera todos los meses. El modelo de bioimpresión tridimensional pretende reproducir la complejidad de las capas de la piel, pero aún no ha incorporado las glándulas sudoríparas, los vasos sanguíneos, los folículos cutáneos ni los nervios que se encuentran en el tejido humano nativo.
"La bioimpresora tridimensional utiliza células humanas como tintas denominadas biotintas, que funcionan de forma similar a la tinta del cartucho de una impresora. Podemos imprimir la piel a partir de células de pacientes con dermatitis atópica o eccema", afirma la Dra. Wyles. "Nuestro sistema nos permite utilizar hasta seis tipos celulares distintos para modelar y recrear tejido cutáneo humano".
El equipo de investigación utiliza muchos tipos de células, como melanocitos, que forman el pigmento de la piel; queratinocitos, que permiten la renovación de la piel; y fibroblastos, que forman un tejido conectivo. Estas células se imprimen en capas que se estratifican y maduran hasta convertirse en capas completas de la piel.
"El proceso de impresión es algo así como crear capas de un pastel escalonado con distintos tipos de células", explica la Dra. Wyles. "Se empieza desde abajo (la dermis), luego se añade la siguiente capa (la epidermis) y el material de la matriz de soporte actúa como la cobertura para conectar las capas. La piel impresa se introduce en una incubadora donde las células pueden comunicarse entre sí, expandirse y formar la piel bioimpresa".
La investigación que usa piel bioimpresa tridimensional no se limita a las enfermedades inflamatorias. La Dra. Wyles también utiliza el prototipo de modelos tridimensionales para comprender mejor, a nivel molecular, la función de las células senescentes en las afecciones cutáneas relacionadas con la edad. También llamadas células zombi, las células senescentes ya no se dividen ni multiplican, por lo que no pueden sanar y reparar los tejidos. El objetivo de la Dra. es lograr un mejor desarrollo de nuevos tratamientos contra el envejecimiento de la piel.
Se necesitan más investigaciones para bioimprimir una réplica exacta de la piel humana con dermatitis atópica. Los futuros estudios explorarán la bioimpresión tridimensional de todo el grosor de la piel con énfasis en la obtención de todas las características de la piel específica del paciente.
