Desde cerebros biosintéticos para predecir la epilepsia hasta pequeños implantes impresos en 3D para regenerar músculos y huesos, esta es una investigación que está al borde de lo médicamente posible.

Pero es el equipo detrás de estas ideas (ingenieros, expertos en robótica y biólogos que trabajan con los mejores cirujanos y médicos) el que marca la diferencia entre soñar y cumplir.

El profesor Rob Kapsa es investigador principal del RMIT en el Centro Aikenhead para el Descubrimiento Médico, donde dirige un grupo de investigación que utiliza el laboratorio de biofabricación especialmente diseñado del ACMD.

Con sede en el Hospital St Vincent de Melbourne, ACMD reúne a investigadores y médicos para encontrar soluciones a algunos de nuestros mayores desafíos biomédicos.

En reconocimiento del papel vital del centro, el gobierno de Victoria dio luz verde a una instalación de 206 millones de dólares construida expresamente para respaldar su crecimiento continuo.

Lo primero es lo primero, ¿qué es la biofabricación y cómo podría transformar el tratamiento médico?

Se trata fundamentalmente de hacer cosas que se integren completamente en nuestro cuerpo, para sanar, reparar y restaurar la función.

A diferencia de los implantes tradicionales, las estructuras y dispositivos biofabricados pueden acercarse a imitar la fenomenal complejidad del tejido humano vivo.

La biofabricación combina ingeniería de materiales, ciencias biológicas, fabricación aditiva, nanotecnología y tecnologías biomédicas de salud.

Abre enormes oportunidades para crear estructuras que restauren, reemplacen y regeneren cualquier cosa, desde huesos y músculos hasta el cerebro, articulaciones y tejidos conectivos.

Por ejemplo, los investigadores están trabajando en nuevas tecnologías biofabricadas para reparar el deterioro óseo en personas mayores, desarrollar un páncreas artificial autorregulado y personalizado para personas con diabetes y desarrollar músculo de reemplazo para pacientes traumatizados.

Cuéntanos sobre los “cerebros” biosintéticos que estás fabricando.

Cuando intentas comprender cómo funciona el cerebro y cómo solucionarlo cuando falla, observar las células en diapositivas bidimensionales sólo te lleva hasta cierto punto. Por eso construimos en tres dimensiones mediante bioimpresión 3D, afirma el profesor Kapsa.

Los 'cerebros' que fabricamos son pequeños, alrededor de 3 mm por 3 mm, pero hay suficiente cerebro en funcionamiento para ser estudiado y analizado (y además, la corteza cerebral humana tiene solo 3 mm de grosor).<

Nuestros pequeños bloques cerebrales están hechos de células de la piel, que reprogramamos en células madre que pueden producir neuronas. El bloque de "cerebro" se suspende en una matriz de colágeno 3D y se coloca sobre una serie de electrodos.

Usando estimulación eléctrica o agregando neuroquímicos, podemos hacer que las neuronas se activen. El conjunto de electrodos registra esa actividad, que imita la activación del sistema nervioso, para brindarnos una imagen detallada de lo que está sucediendo.

Básicamente, se trata de construcciones cerebrales sintéticas personalizadas, ideales para los científicos que trabajan para comprender y tratar afecciones neurológicas.

¿Cómo nos ayudan estos “cerebros” en la investigación de la epilepsia?

La epilepsia afecta a 1 de cada 100 personas, pero sabemos que aproximadamente la mitad de ellas desarrollan la afección más adelante en la vida, después de sufrir alguna lesión en el cerebro cuando eran más jóvenes.>p>

Creemos que puede deberse a que algunas personas tienen una predisposición genética, pero en este momento no podemos predecir quién puede estar en riesgo de desarrollar epilepsia debido a una lesión en la cabeza.>p>

En esta investigación, colaboramos con los neurólogos del Instituto de Investigación Infantil Murdoch que descubrieron una mutación genética que causa la epilepsia, así como con los neurólogos del Hospital St Vincent de Melbourne.<

Tomamos células de la piel de personas que tienen esa mutación genética, eliminamos la mutación y cultivamos un "cerebro" biosintético a partir de esas células editadas genéticamente. A modo de comparación, también creamos cerebros a partir de sus células no editadas "positivas para la epilepsia".

Luego probamos los 'cerebros' que fabricamos a partir de estas células induciendo un cierto nivel de lesión y viendo si (y cuándo) muestran actividad similar a la epiléptica.

Lo que buscamos en última instancia es una prueba genética simple que pueda determinar si es probable que usted desarrolle epilepsia debido a un traumatismo craneoencefálico menor, como por ejemplo al jugar fútbol americano de la AFL u otros deportes.

¿De qué otra manera podrían usarse estos “cerebros” en el futuro?

Nuestros 'cerebros' biosintéticos también se utilizarán para el modelado personalizado de trastornos neurológicos.

Aquí es donde un "cerebro" cultivado a partir de las propias células de un paciente podría permitir al médico comprender mejor su afección, optimizar el tratamiento y, en última instancia, incluso su pronóstico.<

Para RMIT, este trabajo abre nuevas e interesantes vías para el diseño, desarrollo, fabricación y traducción de dispositivos y sistemas híbridos biomecatrónicos.

Como parte de la investigación para desarrollar tratamientos para la distrofia muscular, su equipo ha sido pionero en una técnica de "caballo de Troya" que combina la ingeniería muscular y la edición de genes. ¿Cómo funciona?

La idea básica es tomar células de personas con la mutación que causa la distrofia muscular, editar la mutación y luego volver a colocar esas células en el músculo para que funcione nuevamente.

Ha habido casos clínicos ensayos de terapias celulares regenerativas, en particular la terapia de trasplante de mioblastos, pero lamentablemente han fracasado porque las células implantadas no prosperan ni se multiplican.

La diferencia con nuestro enfoque es que, en lugar de implantar las células directamente, las protegemos en una gelatina especial hecha de algas marinas. Ese es el "caballo de Troya": un trozo de gelatina de algas con células musculares que el cuerpo acepta fácilmente y luego permite que las células sanas "invadan" el músculo enfermo.

Nuestra técnica da como resultado una increíble propagación de células musculares viables, con estudios preclínicos en ratones que muestran múltiples millones de núcleos que surgen de las 10,000 células que implantamos inicialmente.

¿Qué papel juega la impresión 3D y la bioimpresión en el trabajo de tu equipo?

En ACMD tenemos la suerte de tener acceso a biofabricación de última generación y tecnologías de fabricación avanzadas, incluidas bioimpresoras especializadas diseñadas para imprimir células vivas en 3D y biorreactores para cultivos celulares en 3D. Trabajar con estas tecnologías marca una gran diferencia en nuestras colaboraciones.

Por ejemplo, utilizamos un proceso de impresión 3D llamado "electroescritura por fusión" en nuestro trabajo para estimular el crecimiento de redes vasculares en tejidos diseñados. Este sistema también se puede utilizar en nuestras estructuras de modelado de tejidos, para que se parezcan más al tejido vascularizado.

Pero a veces nuestro trabajo no se trata de la última tecnología, sino de idear nuevas versiones de lo antiguo.

Los investigadores de nuestro equipo cambiaron la impresión 3D tradicional para crear estructuras biomédicas increíblemente complejas en su trabajo sobre la regeneración de huesos y tejidos. Su enfoque innovador utiliza impresoras 3D estándar para construir pequeños implantes que pueden favorecer el nuevo crecimiento celular.

También publicamos recientemente una receta para desarrollar músculos, que detalla los ingredientes, equipos y técnicas necesarios para diseñar tejido muscular esquelético funcional.

Es un resumen de nuestro trabajo durante muchos años para perfeccionar nuestros métodos de biotinta y bioimpresión para producir construcciones de músculo esquelético impresas en 3D viables. Esperamos que este trabajo permita eventualmente la ingeniería de músculos para personas que han sufrido enfermedades y traumatismos musculares.

Tiene colaboraciones de larga data con médicos y cirujanos del St Vincent's Hospital Melbourne. ¿Cómo ha acelerado la creación de ACMD la investigación de su equipo?

A lo largo de décadas, a medida que nuestro equipo desarrolló nuestro enfoque para la ingeniería de músculos y nervios, siempre hemos trabajado estrechamente con médicos y cirujanos para desarrollar soluciones del mundo real a problemas de salud del viejo mundo que no están atendidos por las tecnologías existentes.

Nuestro trabajo no se trata solo de ideas interesantes o posibilidades teóricas, sino de resolver los problemas a los que se enfrentan los médicos y, quizás más importante, los pacientes a diario.

Estamos trabajando directamente con las personas que algún día utilizarán nuestra investigación en en su práctica clínica y en quirófanos. Comparten sus desafíos y lo que necesitan para ayudar a sus pacientes.

Y eso es, en última instancia, lo que queremos que haga nuestra investigación: salir y ayudar a las personas.

Cerebros biosintéticos, músculos diseñados, caballos de Troya... algunas de estas ideas casi suenan a ciencia ficción. Entonces, ¿cuándo podrían convertirse en una realidad clínica?

Es cierto que lo que estamos haciendo está en las fronteras de la ciencia. Pero las tecnologías de fabricación avanzadas ya están marcando una diferencia en la vida de los pacientes, como el primer implante espinal impreso en 3D fabricado localmente en Australia.

El trabajo del RMIT en esa iniciativa condujo a nuevas direcciones en el diseño de implantes de próxima generación para pacientes con cáncer de hueso, un proyecto centrado dentro del ACMD.

Algunos de nuestros proyectos clínicamente más avanzados podrían tardar entre 5 y 10 años en traducirse clínicamente, pero todavía estamos en los primeros días de la revolución de la bioimpresión 3D.<

Lo mejor es que nuestro enfoque clínico-científico colaborativo significa que podemos pasar por alto ideas poco prácticas que nunca podrían funcionar en la vida real y centrarnos en la investigación que tiene el mayor potencial de impacto.

El profesor Rob Kapsa dirige el grupo de investigación de Biofabricación e Ingeniería de Tejidos (BiTE) en RMIT.

La red BiTE, que tiene como objetivo reunir a académicos y candidatos a doctorado que trabajan en el campo más amplio de la bioingeniería hacia nuevas áreas orientadas a BiTE, cuenta con el respaldo de las plataformas de capacidad habilitadora de RMIT para materiales avanzados, fabricación y fabricación, y salud biomédica y Innovación.

ACMD es el primer centro de investigación de ingeniería biomédica basado en un hospital de Australia, con socios que incluyen el Hospital St Vincent's de Melbourne, la Universidad RMIT, la Universidad de Melbourne, la Universidad Católica Australiana, la Universidad Tecnológica de Swinburne, la Universidad de Wollongong Australia, el Instituto de Biónica, St. Vincent's Institute y el Centro de Investigación Ocular de Australia.

 Extracto de la noticia de RMIT:  Gosia Kaszubska

Estudia el RMIT Licenciatura en Ciencias Biomédicas en la Facultad de Salud y Ciencias Biomédicas para obtener una apreciación más cercana de esta innovadora investigación.

En este título flexible, desarrollará una amplia comprensión de la anatomía, fisiología y patología humana desde el punto de vista celular. a nivel de sistemas.

La ciencia biomédica forma la base de nuestra comprensión de cómo funcionan los cuerpos humanos y animales, y de las respuestas del cuerpo a diversas enfermedades. ejercicio, dieta, alteraciones internas e influencias ambientales.

Es un área amplia de la ciencia que trata de comprender el cuerpo humano y cómo interactúa con las enfermedades: cómo ocurre, qué sucede y cómo podemos controlarlas, curarlas y prevenirlas. Las ciencias biomédicas implican una comprensión de la anatomía y la fisiología humana, así como de la bioquímica.

Además de una comprensión fundamental de las ciencias biomédicas, tendrás la oportunidad de seleccionar asignaturas optativas especializadas en tu último año. También obtendrá una comprensión del proceso de investigación y experiencia con las tecnologías modernas utilizadas en la investigación biomédica.

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