Novel Advances in Bioprinting Based on the Mechanical Design and Optimization of Open-source Systems stars

Resumo

La bioimpresión tridimensional (3D) promete ser una solución práctica para resolver la creciente demanda de órganos y tejidos. Ya podemos encontrar varias impresoras 3D comerciales con diferentes especificaciones, sin embargo, su impacto en el campo de la ingeniería de tejidos todavía es limitado, debido principalmente a los altos costes y la falta de familiaridad de los investigadores sobre esta tecnología. Al igual que ocurre con las bioimpresoras actuales, durante muchos años el acceso a las impresoras 3D era muy costoso y su uso estaba limitado a unas pocas empresas y centros de investigación. Sin embargo, la aparición de proyectos open-source de impresión 3D como Fab@Home o RepRap, así como las impresoras domésticas comerciales, permitieron democratizar el acceso a esta tecnología. Estas plataformas de impresión pueden servir de trampolín para expandir el potencial de la tecnología de bioimpresión a toda la comunidad científica. En este sentido, esta tesis presenta un conjunto de herramientas de bioimpresión que incluyen la creación de una plataforma de bioimpresión plenamente open-source y varios cabezales de extrusión para la impresión de biotintas y materiales de soporte. Además, mediante el uso de esta plataforma de impresión open-source, ha sido posible abordar problemas específicos para la generación de impresiones multimaterial complejas y cargadas de células con altos porcentajes de viabilidad celular. Abordar la complejidad de los órganos y tejidos vivos precisa de combinar varios biomateriales de construcción y sacrificiales, así como diferentes tipos celulares en una sola sesión de biofabricación. Todo esto supone un desafío considerable, y para poder solucionarlo debemos centrarnos en las complejas relaciones existentes entre los parámetros de impresión y la resolución de impresión. Nosotros proponemos una metodología estándar para cuantificar la resolución de impresión de una bioimpresora y establecer un marco de comparación común entre impresoras. Los modelos de calibración empleados también permiten identificar cuáles son los factores más importantes que afectan a la precisión en la impresión. En este sentido, también proponemos un sistema de calibración automático y asequible, el cual puede ser empleado en bioimpresoras con múltiples cabezales. Este sistema permite obtener una alineado de los cabezales de impresión más rápido y preciso, ya que todo el proceso de calibración se produce de una sola vez y sin ajustes manuales. También hemos realizado un estudio exhaustivo de todos los parámetros de impresión involucrados en el proceso de impresión (presión, temperatura, velocidad, tamaño y morfología de las boquillas de impresión) e incluyendo diferentes tipos de biomateriales. Estos experimentos permitieron comprender la influencia de cada parámetro en el proceso de impresión y seleccionar la configuración óptima para cada aplicación. En líneas generales, las contribuciones presentadas en esta tesis tienen el potencial de expandir la tecnología de bioimpresión a todos los laboratorios de ingeniería de tejidos. Además, aumenta el conocimiento colectivo de la comunidad de bioimpresión con innovadoras propuestas.