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Científicos españoles diseñan un biorreactor que permite monitorizar mediante ultrasonidos la maduración de cartílago humano cultivado en 3D

La UGR lidera esta investigación, en la que participan especialistas de los campos de la medicina, biología, matemática, física e ingeniería, que ha permitido generar tejidos de cartílago humano en cuatro semanas 

Un equipo de científicos españoles, liderado por la Universidad de Granada (UGR) y formado por médicos, biólogos, físicos e ingenieros, ha diseñado un biorreactor que permite cultivar en cuatro semanas y monitorizar en tiempo real, a través del análisis de señales ultrasónicas, tejidos de cartílago humano generados en andamios generados mediante impresión 3D.

Las técnicas de generación de cartílago mediante ingeniería tisular son uno de los tratamientos actuales más prometedores para las patologías de cartílago articular, provocadas por rupturas y lesiones deportivas, factores genéticos u otras enfermedades (como algunos tipos de artritis).

En este estudio, que publica la revista Sensors and Actuators B, los investigadores fabricaron ‘andamios’ (scaffolds) de ácido poliláctico (una sustancia biocompatible y reabsorbible) mediante impresión 3D para sembrar condrocitos humanos (células de cartílago humano) obtenidos de pacientes en ellos, y después cultivarlos en el biorreactor integrado con ultrasonidos (US).

Las señales recibidas por los sensores del biorreactor se analizaron mediante la interacción ultrasonido-tejido y por un tratamiento computacional de la evolución de la matriz extracelular. Para reconstruir la velocidad y la atenuación de las señales extraídas, los científicos combinaron un proceso computacional basado en algoritmos genéticos sobre la biomecánica del tejido con el procesado de la propagación de la onda.

Los datos fueron validados frente a las mediciones de evolución de los cultivos de condrocitos 3D in vitro evaluados por la proliferación, observaciones morfológicas y ultraestructurales, parámetros bioquímicos y análisis de la expresión génica.

Los parámetros reconstruidos por los científicos desde la monitorización ultrasónica (tales como velocidad, atenuación, cambios de densidad de las células) demostraron ser útiles para determinar indirectamente parámetros de proliferación y formación de matriz específica de cartílago de una manera no invasiva.

El nuevo método de evaluación mediante US desarrollado se presenta como un procedimiento preciso y no invasivo que puede automatizarse y que proporciona información en tiempo real sobre la funcionalidad de condrocitos primarios humanos. Dicho método podría monitorear, en un contexto clínico, la evaluación de la progresión de la mejoría de la lesión tras el tratamiento en pacientes con osteoartritis.

En este trabajo han participado investigadores de las universidades de Granada y Jaén pertenecientes a la Unidad de Excelencia “Modeling Nature: from nano to macro” de la UGR, Complutense de Madrid y el Instituto de Investigación Biosanitaria de Granada (ibs Granada)

Referencia bibliográfica:

In-bioreactor ultrasonic monitoring of 3D culture human engineered cartilage

  1. Melchor, E. López-Ruiz J. Soto, G. Jiménez, C. Antich, M. Perán, J.M. Baena, J.A. Marchal, G. Rus

Sensors and Actuators B:Chemical 266 (2018) 841-852

Imágenes adjuntas:

IMG_1983

Los investigadores que han llevado a cabo este trabajo. De izquierda a derecha: Carlos Chocarro, Cristina Antich,  Elena López Ruiz, Gema Jiménez, Juan Antonio Marchal, Guillermo Rus, Macarena Perán, Juan Melchor y Antonio Callejas.   

Biorreactor

El biorreactor ultrasónico junto a las bombas peristálticas. 

scaffold

En verde, las células de cartílago (condrocitos) tras un mes creciendo en el soporte dentro del biorreactor. 

Contacto:

 Juan Antonio Marchal Corrales

Departamento de Anatomía y Embriología Humana.

Facultad de Medicina de la Universidad de Granada

Teléfonos: 958241000 Ext. 20080 – 958249321

Correo electrónico: jmarchal@ugr.es

Guillermo Rus Carlborg

Departamento de Mecánica de Estructuras

E.T.S. de Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos

Teléfonos: 958240037

Correo electrónico: grus@ugr.es