Los hidrogeles de bio-kirigami se pliegan por sí solos en formas complejas de tejido humano

Tomar prestado el arte del recorte de papel para dar forma a células vivas

La ingeniería de tejidos tradicional se ha esforzado con frecuencia por recrear las intrincadas curvas y contornos que se encuentran en los órganos nativos. Para superar estas limitaciones geométricas, los ingenieros biomédicos de la Universidad de Illinois Chicago recurrieron al kirigami, la práctica tradicional japonesa de cortar, plegar y desplegar hojas planas para convertirlas en formas dimensionales. En un artículo que detalla esta invención biomédica, publicado en la revista Cell Biomaterials, el equipo de investigación demostró cómo hidrogeles planos y citocompatibles pueden programarse para deformarse de forma autónoma en curvaturas anatómicas complejas, según Phys.org.

«Nuestra investigación demuestra que los hidrogeles citocompatibles con patrones de kirigami pueden diseñarse para doblarse, plegarse y transformarse de forma autónoma en formas tridimensionales complejas».

— Kaelyn L. Gasvoda, Universidad de Illinois Chicago / Mayo Clinic

Cómo los hidrogeles con patrones ejecutan la transformación tetradimensional

El núcleo de la innovación técnica se basa en la biofabricación tetradimensional (4D), en la que una estructura diseñada cambia de forma con el tiempo después de ser producida. El equipo fabricó un andamio de doble acción utilizando derivados de gelatina y alginato, un polímero natural extraído de las algas marinas, según detalla Phys.org. Mediante fotolitografía, los investigadores proyectaron luz con patrones sobre el material para producir variaciones localizadas en la densidad de reticulación a lo largo de la lámina de hidrogel.

La expansión controlada crea curvaturas estables

Esta reticulación selectiva permite que la estructura se transforme sin intervención manual. El borde exterior actúa como un límite rígido que conserva su forma sin expandirse cuando se coloca en medio de cultivo líquido, según informa Phys.org. Mientras tanto, las regiones internas se hinchan al absorber el fluido, lo que impulsa a la lámina plana a doblarse siguiendo el patrón de kirigami mientras mantiene las células vivas y funcionales dentro de la matriz. La autora principal, Kaelyn L. Gasvoda, que completó su doctorado en la UIC antes de trasladarse a la Mayo Clinic, señaló que el sistema permite un control predecible sobre cómo se pliegan los tejidos en estructuras como arcos traqueales o vasculares.

Traslación clínica y futuros ensayos en animales

Desarrollada en el laboratorio del profesor de la UIC Eben Alsberg junto con el profesor asociado de investigación Aixiang Ding, la plataforma sienta las bases para implantes regenerativos personalizados y una futura protección mediante patente. Los investigadores señalan que reproducir las curvaturas nativas es vital porque la función del tejido está estrechamente ligada a su arquitectura física. Con la validación in vitro establecida, la siguiente fase de la investigación se centra en evaluar las construcciones de hidrogel de kirigami en modelos animales, allanando el camino para eventuales aplicaciones clínicas en la reparación de heridas y la reconstrucción de órganos, según Phys.org.

Lee también en The Patent: Los zapatos antideslizantes inspirados en el kirigami japonés · Adiós a los microplásticos: este nuevo plástico es reciclable y seguro para los océanos