Bioimpresión 3D de esferoides hepáticos mantienen la función hepática y la viabilidad in vitro

Autor:

Luz Pérez Túlich

Asistente del Laboratorio de Ingeniería de Tejidos y Biología Sintética

Departamento de Bioingeniería

lperez@utec.edu.pe

El hígado es un órgano situado debajo del diafragma en el costado derecho del abdomen, encargado de la formación y excreción de bilis durante el metabolismo de la bilirrubina, la regulación de la homeostasis de los carbohidratos, síntesis de lípidos, secreción de lipoproteínas plasmáticas, control del metabolismo del colesterol, síntesis de urea, albúmina sérica, factores de coagulación, enzimas y varias otras proteínas, todas estas funciones son indispensables para nuestro organismo. 

Investigadores brasileros usando células sanguíneas y una bioimpresora  Cellink INKREDIBLE + 3D han logrado obtener organoides hepáticos (Estructuras formadas por células que se distribuyen espacialmente y tienen la  misma morfología que órganos in vivo.) que son capaces de realizar las funciones del hígado, y que en un futuro se espera puedan ser escalados y usados en trasplantes. Evaluaron la eficacia de la bioimpresión de esferoides hepáticos derivados de células madre pluripotentes inducidas (SP) y hepatocitos en una biotinta resultado de la mezcla de alginato, pluronic F- 127.

El primer paso fue la validación de las líneas celulares de células madre pluripotentes inducidas (iPS) F9048, F8799 y F7405 y les aplicaron protocolos en células similares a hepatocitos, mesenquimales y endoteliales en cultivos 2D y 3D, observaron que el panel de expresión genética reveló un incremento de la expresión de marcadores hepáticos y endodermales, durante el protocolo de diferenciación.  A los 0 días de aplicado el protocolo de diferenciación las células expresaron marcadores estrechamente relacionados con el estado indiferenciado como OCT4 y SSEA4. Al tercer día algunas células expresaron CXCR4 y FOXA2 (activador transcripcional para genes específicos del hígado como albúmina) y al noveno día la mayoría expresó AFP and ECAD, al día 18 las células en el interior de los esferoides dieron positivos para marcadores hepáticos como ALB, CYP3A4, A1AT, HNF4, CK18 y CK19.

A la par se realizaron pruebas con mezclas a diferentes concentraciones de alginato y pluronic f- 127 encontrando que los hidrogeles que contenían menos del 10 % de alginato mezclado con 3% de pluronic F-127 y al menos 1.5% de cloruro de calcio, fueron imprimibles, al igual que lo fueron las mezclas de alginato que contenían 6% de plurónic F-127 con concentraciones de alginato menores al 10% con al menos 1.0% de cloruro de calcio, observando que todos los constructos mantuvieron su forma después de la impresión, pero la biotinta escogida fue la que estaba compuesta por 15% alginato/ 6% pluronic F-127. Después de 18 días de realizada la impresión la viabilidad en los constructos con iPS fue mayor (80%) que los constructos con hepatocitos (60%), análisis por PCR real time muestra que los constructos con iPS tienen un incremento en la expresión de enzimas hepáticas como CYP3A4, CYP1A2, CYP1A1 y GSTA1. 

El análisis metabolómico reveló un patrón de metabolitos en el sobrenadante de cultivo en el día 18, la mayoría de las vías se relacionaron con el ciclo hepático de la urea y el metabolismo del nitrógeno, lo que indica una actividad metabólica hepática reducida en construcciones impresas con los hepatocitos. Los niveles de aspartato fueron significativamente mayores en los constructos realizados con iPS, lo que podría indicar una mayor actividad de la transaminasa de aspartato hepática y el incremento de marcadores de adhesión focal y del colágeno IV en los constructos impresos con hepatocitos puede indicar un proceso fibrótico. 

En este trabajo lograron demostrar que la impresión 3D de células iPS cultivadas en esferoides lograron incrementar significativamente la función hepática y prolongar in vitro la viabilidad celular.

Representación esquemática de los grupos experimentales en los experimentos de bioimpresión 

 Fuente: Goulart E &  Et. al. (Noviembre 2019)

Bibliografía 

Goulart, E., de Caires-Junior, L. C., Telles-Silva, K. A., Araujo, B. H. S., Rocco, S. A., Sforca, M., ... & Oliveira, D. (2019). 3D bioprinting of liver spheroids derived from human induced pluripotent stem cells sustain liver function and viability in vitro. Biofabrication, 12(1), 015010.