Investigadores de la Universidad de Texas A&M han desarrollado una tecnología que integra diminutos sensores fosforescentes directamente en los materiales utilizados para la bioimpresión 3D, permitiendo medir en tiempo real y de forma no invasiva metabolitos clave como oxígeno, glucosa y lactato dentro de los constructos celulares. El avance, publicado en Advanced Functional Materials, aborda una de las limitaciones más críticas de la ingeniería de tejidos: la falta de métodos para evaluar la salud de las células cultivadas sin dañar las estructuras tridimensionales, especialmente a medida que estas aumentan en tamaño y complejidad.
El sistema IN4MER emplea micropartículas diseñadas con recubrimientos nanométricos que contienen tintas fosforescentes sensibles al oxígeno. Cuando se exponen a una luz roja de bajo coste, estas partículas emiten una señal que varía según la concentración de oxígeno en su entorno. Al combinar estas partículas con enzimas específicas que consumen oxígeno al reaccionar con glucosa o lactato, los investigadores logran traducir las mediciones de oxígeno en lecturas precisas de estos nutrientes esenciales. Todo el proceso dura milisegundos y se realiza sin necesidad de extraer muestras ni penetrar el tejido.
Los sensores se probaron en tres tipos de materiales de impresión —de origen polisacárido, proteico y sintético— demostrando que su rendimiento es independiente de la matriz circundante y que las propiedades reológicas necesarias para la impresión se mantienen tras su incorporación. En experimentos con cultivos celulares, los sensores de glucosa y lactato rastrearon con éxito el consumo de glucosa y la producción de lactato en células madre mesenquimales y en células de cáncer de ovario. Además, los sensores implantados en cerdos durante tres meses mantuvieron señales estables y mostraron una buena biocompatibilidad, con mínima formación de cápsula y signos de integración tisular.
La versatilidad de la plataforma abre un abanico de aplicaciones clínicas. En pacientes con diabetes o insuficiencia renal, un pequeño implante bajo la piel podría proporcionar lecturas continuas sin necesidad de análisis de sangre repetidos. Para enfermos sometidos a trasplantes o cirugías oncológicas, los sensores permitirían a los médicos evaluar la salud del tejido afectado sin biopsias dolorosas. Los investigadores vislumbran incluso la integración con teléfonos inteligentes, de modo que el paciente pueda colocar el dispositivo sobre su piel y obtener datos en segundos, facilitando el autocuidado y reduciendo las visitas al hospital.
Como señala el Dr. Waqas Saleem, la capacidad de observar el impacto de fármacos sobre el crecimiento celular podría acelerar el desarrollo de nuevas terapias y, eventualmente, abrir la puerta a la producción de órganos complejos en el laboratorio.
Fuentes
Advanced Functional Materials
IN4MER Biomaterial Ink: A Phosphorescent Biosensing Biomaterial Ink for Multiple Analytes (Glucose, Lactate, Oxygen) Measurements and Temperature Sensing Applications
MedicalXpress
One flash of red light could check health of bioprinted tissue and implants
