Impresión dirigida

Array de trampas celulares: trampas celulares hechas de silicio (izquierda). A la derecha: células aisladas en las trampas celulares (verde) y células que pasan por ellas (línea en espiral). © Fraunhofer IMM / Fig. 2 Array de trampas celulares: trampas celulares hechas de silicio (izquierda). A la derecha: células aisladas en las trampas celulares (verde) y células que pasan por ellas (línea en espiral). © Fraunhofer IMM

Célula atrapada con boquilla: La estructura de la célula atrapada está diseñada para aislar la célula individual del resto de las células en el medio líquido, de modo que esté lista para ser impresa. © Fraunhofer IMM

Perspectivas prometedoras para la medicina personalizada: profesionales del Instituto Fraunhofer para Microtécnica y Microsistemas IMM utilizan su experiencia en microfluídica y tecnologías de células individuales para imprimir estructuras de órganos.

Las tecnologías de células individuales juegan un papel clave en la investigación y caracterización de células. El Dr. Christian Freese, jefe de grupo de diagnóstico de infecciones y cáncer en el Fraunhofer IMM, y sus colegas utilizan microfluídica para aislar y examinar células individuales de manera específica. En su plataforma de diagnóstico de biopsia líquida, detectan y dispensan con éxito células tumorales circulantes (CTCs) y otros biomarcadores de biopsias líquidas para un diagnóstico sin barreras y completo. Pero para los científicos esto no era suficiente: ¿por qué no construir algo con las células aisladas?

El principio TrapJet del Fraunhofer-IMM

Con el objetivo de utilizar sus desarrollos y métodos para imprimir células, crearon en la sala limpia de su instituto estructuras microfluídicas especiales en wafers de silicio, auténticas trampas para células: Los expertos introducen células humanas en microchips microfluídicos en canales muy pequeños. En el flujo, las células son capturadas en estructuras especiales. Su geometría específica asegura que solo se capturen células individuales, mientras que otras siguen fluyendo hasta la próxima trampa libre. Como varias trampas están alineadas en el mismo canal, los expertos pueden dispensar células en diferentes lugares de manera precisa y simultánea, y luego volver a ocupar las trampas con células nuevas.

Al igual que en una impresora de inyección de tinta, una burbuja calefactora dispensa la célula desde la boquilla y la deposita en una gota diminuta. Diferentes tipos de células reciben boquillas separadas y se imprimen en paralelo en canales microfluídicos propios.

»Todos los parámetros necesarios para una bioimpresión exitosa los cubrimos mediante microfluídica: imprimimos células a demanda, de forma estéril y rápida. Al mismo tiempo, el proceso garantiza una alta tasa de viabilidad de las células impresas. Esto incluye también el uso de biotintas características, que se componen de la célula y un líquido específico según el tipo de célula, que también es manejable en microfluídica«, explica Freese.

Muchos procedimientos existentes solo producen una línea delgada de biotinta en la que las células están distribuidas aleatoriamente. Los expertos del Fraunhofer imprimen gotas diminutas, apenas más grandes que la propia célula. Esto permite una resolución especialmente alta: cada célula se coloca con precisión y puede interactuar directamente con sus células vecinas. De esta manera, se pretende construir, por ejemplo, cultivos de órganos en los que la industria pueda realizar pruebas de medicamentos. El objetivo declarado de los expertos del Fraunhofer: imprimir tejidos para trasplantes de piel o órganos completos.

Más microfluídica para la medicina

Para aprovechar al máximo el enorme potencial para la medicina, los expertos del Fraunhofer IMM iniciarán el próximo año, junto con colegas del departamento «Tecnologías de Salud Clínica» del Instituto Fraunhofer para Tecnología de Producción y Automatización IPA en Mannheim, un centro de excelencia para tecnologías de células individuales («LZ-EZT»), donde consolidarán y continuarán sus competencias.

En la feria Medica 2024, los expertos presentaron sus soluciones en el stand conjunto de Fraunhofer. Además de la impresión de células individuales, los visitantes pudieron experimentar de manera lúdica la marcación de células raras y su posterior aislamiento en un juego de realidad virtual desarrollado especialmente para ello.