La revolución de los tejidos bioimpresos: una tinta activada por luz podría reparar el corazón en el futuro
Científicos desarrollan una técnica pionera que utiliza luz para activar tejidos cardíacos bioimpresos y abre nuevas posibilidades en la regeneración del corazón sin métodos invasivos.
Por Enrique Coperías
Una nueva tecnología médica que integra una tinta bioactiva, la luz y las células solares microscópicas tiene el potencial de transformar la terapia cardíaca al ofrecer una forma de estimular y reparar el corazón sin recurrir a intervenciones invasivas. Imagen generada con DALL-E
Investigadores de la organización Mass General Brigham, en Boston, y sus colaboradores han desarrollado un método no invasivo para manipular la actividad del tejido cardíaco mediante el uso de luz, gracias a una tinta innovadora incorporada en tejidos bioimpresos tridimensionales.
Este avance podría revolucionar la terapia cardíaca, ya que permite la estimulación y la reparación del corazón sin necesidad de intervenciones invasivas. Los hallazgos, publicados en la revista Science Advances, subrayan el potencial transformador de los métodos terapéuticos no invasivos para controlar tejidos eléctricamente activos.
«Por primera vez, hemos demostrado que esta tinta optoelectrónicamente activa nos permite imprimir andamiajes capaces de controlar de manera remota tejidos cardíacos artificiales», explica el doctor Y. Shrike Zhang, coautor del estudio y miembro de la División de Ingeniería Médica del Hospital Brigham and Women's, parte del sistema de salud Mass General Brigham.
Una tinta bioactiva que se utiliza para generar actividad eléctrica en tejidos bioimpresos
En palabras de Zhang, «este enfoque allana el camino para la estimulación lumínica no invasiva, la regeneración tisular y la capacidad de integración del huésped en la terapia cardiaca y más allá».
El núcleo de esta innovación radica en la integración de células solares microscópicas (μ-solar cells) en una tinta de gelatin metacrilada (GelMA). Esta tinta bioactiva se utiliza para crear estructuras que, al ser estimuladas con luz, generan actividad eléctrica en los tejidos bioimpresos.
Según el estudio, estas estructuras no solo pueden aumentar las tasas de contracción celular en más del 40 %, sino que también mantienen una alta viabilidad celular superior al 96 % tras múltiples rondas de estimulación lumínica.
La biotinta optoelectrónicamente activa combina células μ-solares con la tinta GelMA para imprimir tejidos funcionales. El proceso incluye la impresión de estructuras cardíacas (aurículas y ventrículos) y la siembra con miocardiocitos (CMs). Estos tejidos pueden implantarse in vivo, al demostrar su capacidad para corregir latidos arrítmicos de forma no invasiva.
Control sin contacto físico
Los tejidos tridimensionales bioimpresos, compuestos por células y materiales biocompatibles, son herramientas prometedoras para reparar tejidos cardíacos dañados. No obstante, hasta ahora, carecían de la capacidad intrínseca para generar las señales eléctricas necesarias para la función celular.
En su lugar, dependían de métodos invasivos, como la colocación de electrodos y cables, que a menudo dañan los tejidos circundantes. La tecnología desarrollada por Zhang y su equipo supera esta limitación, al usar la luz como herramienta para generar y controlar actividad eléctrica sin contacto físico.
En modelos preclínicos, los tejidos bioimpresos con esta tinta optoelectrónica lograron sincronizarse con el ritmo cardíaco y acelerar sus contracciones cuando se estimularon con luz. Por ejemplo, en un experimento con corazones de ratas, la tecnología permitió aumentar la frecuencia cardíaca en un 7,8 %, al estimular directamente el tejido con pulsos de luz.
Reducen riesgos como las arritmias
Esto demuestra no solo la capacidad de esta tecnología biomédica para modular la actividad cardíaca, sino también su potencial para integrarse dinámicamente con el tejido del huésped, y reducir riesgos como las arritmias, una alteración del ritmo normal del corazón, que puede ser demasiado rápido, lento o irregular, y afectan a su capacidad para bombear sangre de manera eficiente.
«Con esta prueba de concepto ya establecida, nuestro siguiente paso está en investigar cómo esta tecnología puede promover la regeneración tisular a largo plazo e integrarse completamente con la biología del corazón», dice Zhang.
El uso de luz como estímulo presenta varias ventajas clave frente a las técnicas tradicionales basadas en electricidad. Por un lado, elimina la necesidad de electrodos invasivos y, por otro, evita la alteración de la morfología de las señales cardíacas, manteniendo su integridad. Además, la tinta desarrollada no requiere modificaciones genéticas en las células, lo que amplía su aplicabilidad y minimiza los riesgos éticos y técnicos.
Avances y perspectivas futuras
El estudio también exploró las propiedades de degradación de las estructuras bioimpresas y su biocompatibilidad. Los productos de descomposición de las células solares microscópicas, como el ácido silícico, se mostraron seguros y biocompatibles, lo que refuerza la viabilidad de esta herramienta para aplicaciones a largo plazo.
Además, la tinta GelMA demostró una capacidad única para mantener la transparencia necesaria para la estimulación lumínica y generar campos eléctricos distribuidos de manera uniforme en los tejidos. Esto permite una modulación más efectiva y menos localizada de los tejidos bioimpresos.
Entre los próximos desafíos se encuentra la optimización de esta tecnología para su uso en seres humanos y en animales de mayor tamaño. Esto incluirá el desarrollo de tintas bioactivas que respondan a longitudes de onda más profundas, como la luz infrarroja cercana, para permitir una estimulación eficiente incluso en tejidos más densos. También será fundamental investigar la regeneración tisular a largo plazo y la integración vascular de los tejidos bioimpresos.
Por último, los investigadores planean ampliar la escala de las estructuras bioimpresas, incorporando capas adicionales y promoviendo la vascularización con el fin de mejorar la funcionalidad y durabilidad de los tejidos.
Implicaciones terapéuticas
Este enfoque representa un cambio de paradigma en la ingeniería de tejidos, ya que combina biomateriales blandos con funcionalidades electrónicas integradas. Más allá de la cardiología, esta tecnología tiene aplicaciones potenciales en otros tejidos eléctricamente activos, como el tejido muscular y el sistema nervioso.
En un futuro, podría abrir nuevas fronteras en la medicina personalizada, y ofrecer soluciones adaptadas a las necesidades específicas de cada paciente.
La investigación no solo destaca la capacidad de la biotecnología para abordar problemas clínicos complejos, sino que también resalta el impacto de las colaboraciones interdisciplinarias entre ingeniería, biología y medicina.
Como señala Zhang, «este avance podría transformar no solo la terapia cardíaca, sino también la forma en que entendemos y tratamos los tejidos dinámicos y funcionales del cuerpo humano».
Con estos avances, se abre la puerta a terapias más seguras, eficientes y personalizadas que podrían mejorar significativamente la calidad de vida de los pacientes con enfermedades cardíacas y otras condiciones relacionadas con tejidos eléctricos. ▪️
Información facilitada por la Mass General Brigham
Fuente: Faheem Ershad et al. Bioprinted optoelectronically active cardiac tissues. Science Advanced. DOI: 10.1126/sciadv.adt7210
