Imprimiendo tejidos periodontales

Dental Tribune International

mié. 24 enero 2024

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La bioimpresión de tejidos a base de colágeno para la regeneración de tejido bucal como el nervio pulpar, los vasos sanguíneos, el cartílago o el tejido periodontal está revolucionado la atención dental a medida que aparecen más biomateriales de alta precisión.

Los tratamientos para la enfermedad periodontal ofrecen algunas soluciones para la restauración del tejido dental, pero a menudo no logran reproducir la compleja estructura anatómica original del tejido.

Ahora, un equipo de investigación ha publicado una revisión de los métodos de impresión 3D actualmente disponibles para biomateriales a base de colágeno y su aplicación para la regeneración de tejidos bucales como el nervio pulpar, los vasos sanguíneos, el cartílago y el tejido periodontal.

Antecedentes

La impresión 3D, iniciada por Charles Hull en 1986, emplea modelos digitales para construir objetos capa por capa utilizando materiales adheribles, lo que facilita la flexibilidad del diseño, reduce los costos de producción y mejora su funcionalidad. En odontología, la bioimpresión 3D tiene como objetivo la regeneración del tejido bucal, lo cual ha llevado a que la cirugía dental adopte enfoques digitales más precisos.

El colágeno, componente primario de la matriz extracelular, se emplea a menudo en ingeniería tisular debido a sus semejanzas estructurales y químicas con la matriz extracelular del tejido oral. Sin embargo, su rápida degradación limita su aplicación directa en los tejidos. Para mejorar su eficacia, el colágeno normalmente se combina con otros materiales. Por ejemplo, para las estructuras biomiméticas, los investigadores han combinado vidrio bioactivo con colágeno modificado para mejorar la viabilidad de las células madre mesenquimales humanas.

Las biotintas a base de colágeno ofrecen una excelente capacidad de impresión para varios métodos de impresión 3D. La imprimibilidad del colágeno depende de la formulación de la biotinta y de la técnica de impresión. Los andamios celulares de colágeno impresos en 3D pueden proporcionar un entorno para el crecimiento celular, ya sea atrayendo células madre o alojando células directamente.

Métodos de bioimpresión

Las tecnologías de bioimpresión se clasifican en bioimpresión por inyección de tinta, asistida por presión y asistida por luz. La bioimpresión, que es una evolución de la tecnología de impresión por inyección tradicional, deposita gotas de tinta capa por capa. Ofrece una ubicación celular precisa en estructuras 2D y 3D, adecuada para la ingeniería de tejidos. Sin embargo, enfrenta desafíos con la impresión de celdas de alta densidad debido a obstrucciones en las boquillas.

La bioimpresión basada en extrusión emplea presión, ya sea neumática o mecánica, para empujar la biotinta por una boquilla. Es escalable y maneja bien las biotintas de alta viscosidad. Sin embargo, factores como el diámetro de la boquilla pueden afectar la viabilidad celular.

La bioimpresión asistida por luz, introducida por primera vez para el modelado de células 2D, utiliza láseres para solidificar la biotinta, lo que garantiza una tensión mecánica mínima y permite imprimir estructuras de alta resolución. Las técnicas incluyen transferencia directa inducida por láser, estereolitografía y procesamiento de luz digital. Estos métodos crean andamios celulares de alta fidelidad estructural y buena viabilidad celular.

Aplicaciones

La investigación que explora la bioimpresión 3D de cartílago con biotintas de colágeno demostró que los hidrogeles de colágeno de alta densidad, cuando se calientan, mejoran la precisión geométrica de las estructuras impresas, la fidelidad estructural y la resistencia mecánica. Otro estudio proporcionó una comparación entre diferentes biotintas para la impresión de cartílago y encontró que las combinaciones de alginato-agarosa y alginato-colágeno ofrecían resistencias superiores a la compresión y la tracción que el alginato solo. Además, el alginato-colágeno promovió una mejor supervivencia celular y mantuvo el fenotipo de los condrocitos de manera efectiva.

La impresión 3D también ha resultado beneficiosa a la hora de recrear las estructuras de nanofibras de la matriz extracelular del cartílago. Se ha descubierto que estos andamios apoyan la adhesión, proliferación y diferenciación celular y demuestran potencial de regeneración osteocondral. También ha habido iniciativas para utilizar la impresión 3D para la reparación de la articulación temporomandibular. Los andamios celulares creados a partir de gelatina mostraron potencial para la diferenciación del cartílago de células madre mesenquimales derivadas de la médula ósea humana. El equipo señaló en la revisión que la investigación también ha enfatizado la eficacia del uso de dos métodos de reticulación juntos en andamios, y encontró que tales estructuras favorecen el crecimiento de huesos y cartílagos.

Extracción de colágeno

Existen varios métodos de extracción de colágeno. Un medio de extracción de alta eficiencia y respetuosa con el medio ambiente es la extracción enzimática, que rompe los enlaces covalentes del colágeno en condiciones ácidas, preservando las propiedades físicas y bioquímicas del colágeno. Las enzimas comúnmente utilizadas incluyen pepsina, proteasa pancreática, papaína y ficina. Los factores que afectan la extracción incluyen la temperatura, el pH, el tiempo y la concentración de enzimas. Más allá de esto, se han desarrollado métodos de extracción complejos para obtener una extracción de colágeno rápida y eficiente sin comprometer la estructura.

La revisión, titulada “3D bioprinting of collagen-based materials for oral medicine" se publicó en la revista "Collagen and Leather".