Laser bioprinting for single cell biological studies
- Autores: Andrés Márquez Fernández
- Directores de la Tesis: Carlos Molpeceres Alvarez (dir. tes.), Sara Lauzurica Santiago (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad Politécnica de Madrid ( España ) en 2021
- Idioma: español
- Materias:
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- Resumen
La bioimpresión es una nueva disciplina usada para la creación de tejidos, órganos, o cualquier tipo de estructura que desempeña una función biológica.
Es un campo de estudio interdisciplinario incluyendo áreas que incluyen la ingeniería, biología, medicina, física y muchas más. A través de los años se han desarrollado distintas tecnologías de bioimpresión cada una aportando soluciones específicas, y en la actualidad las tres más importantes son las basadas en extrusión, impresión por gotas y láser. Este trabajo se enfoca en el desarrollo de una nueva técnica de bioimpresión láser para la impresión y aislamiento de célula única usando los conceptos base del Laser Induced Forward Transfer (LIFT). En el LIFT se usa la energía de un haz láser enfocado para transferir gotas de biomaterial hacia un objetivo. La técnica propuesta en este trabajo es una variación del LIFT llamado Blister Actuated LIFT (BA-LIFT), que usa una capa gruesa como interfaz protectora entre el haz láser y el biomaterial. Esta capa cumple la función de generar la fuerza motriz que permite la transferencia, así como ofrecer un medio de protección de la radiación y calentamiento proveniente del haz láser.
Para el desarrollo de esta técnica la investigación se dividió en cinco fases.
En la primera fase se desarrolla la primera aproximación de la técnica usando una capa interfaz hecha de un polímero semiconductor llamado P3HT. La razón principal de usar este polímero es por sus cualidades de absorber luz en el espectro visible, permitiendo así el uso de un láser que emita luz dentro de este rango espectral. La luz visible es potencialmente menos dañina para el material vivo, así que usar un láser visible podría ayudar a mejorar la viabilidad celular. A pesar de que fue demostrado que es posible transferir material biológico con el P3HT, varias complicaciones mostraron que no es la mejor aproximación.
En la segunda fase de la investigación se propone un segundo polímero, una cinta adhesiva de poliimida. En esta fase se desarrollan todos los experimentos relacionados con la caracterización relevante de este material junto con la deposición del biomaterial. Los resultados mostraron que la poliimida es un 8 excelente candidato para ser usado en el BA-LIFT ya que cumple con todas las características relativas a biocompatibilidad y deposición de capas líquidas. En cuanto a este último aspecto, se ve que es el parámetro más sensible del proceso.
En la tercera fase se cubren los experimentos para probar la primera aproximación de impresión usando la poliimida. Aquí se usa un escáner galvanométrico para mover el haz láser a través del substrato que contiene el biomaterial. La impresión de patrones probó ser exitosa e incluso la impresión de célula única, sin embargo, para la aplicación principal propuesta que es la selección específica de una única célula no es la mejor aproximación. En la cuarta fase se presenta el equipo de laboratorio final donde el escáner es reemplazado por un objetivo de microscopio. Aprovechando el objetivo de microscopio, se instala un sistema de visualización coaxial al camino del haz láser permitiendo la visión, selección y transferencia de las células in situ.
Además, un sistema de fluorescencia se instala junto con el de visión convencional permitiendo la visualización de células marcadas con fluorocromos.
En la quinta y fase final de la investigación el equipo de laboratorio se usa como base para el diseño de una máquina que implementa todas las funciones desarrolladas durante la investigación. Este diseño se realizó conjuntamente con la empresa Innofluence, start-up generada en el propio grupo de investigación donde se desarrolló este trabajo, y permitió acabar este trabajo el desarrollo de aplicaciones más complejas. Las aplicaciones presentadas en esta fase son primero la selección y aislamiento de célula única usando biomarcadores, aislamiento de células “Natural Killer” para probar sus capacidades de activación post impresión, aislamiento de células madre hematopoyéticas y progenitoras para el estudio de formación de colonias y finalmente el aislamiento de células tumorales circulantes. Todas las aplicaciones resultaron exitosas, abriendo así una puerta para el uso de la técnica en otras aplicaciones que requieran la identificación y aislamiento de una única célula.
