Development of tunable bioinks to fabricate 3D-printed in vitro modelsa special focus on skeletal muscle models with potential applications in metabolic alteration studies

Résumé

La bioimpresión por extrusión es una técnica prometedora para el escalado y la fabricación automatizada de modelos tisulares in vitro. Sin embargo, las propiedades fisicoquímicas de las biotintas actuales pocas veces cumplen los requisitos de los tejidos naturales. Esta tesis describe la modificación química de polímeros naturales como gelatina y alginato para obtener biotintas fotopolimerizables con propiedades físicas maleables. La composición de las biotintas y los parámetros de fabricación de los diseños bioimpresos son modulados para conseguir dos tipos de formulaciones adecuadas para el desarrollo de modelos de músculo esquelético y neuroblastoma. En el estudio, ambos modelos muestran mayor semblanza a los tejidos originales que los tradicionales cultivos en monocapa. Por un lado, los modelos de neuroblastoma recapitulan el comportamiento de los tumores sólidos en pacientes de alto riesgo. Por otro lado, la composición de la biotinta para modelos musculares induce la diferenciación de células precursoras a fibras musculares maduras y alineadas que, en combinación con un sistema de estimulación por pulsos eléctricos, dan como resultado fibras musculares funcionales con capacidad contráctil. Este modelo imita el comportamiento del músculo esquelético y se puede utilizar para monitorizar los efectos de compuestos químicos sobre el tejido. Al final del estudio, se trabaja en la generación de un modelo de músculo atrofiado por caquexia derivada del cáncer. El modelo bioimpreso reproduce la característica sobreexpresión de genes relacionados con la degradación proteica hallada en ratones. En conjunto, se adaptan la composición y propiedades físicas de biotintas basadas en gelatina y alginato para la fabricación de modelos de tejido muscular y neuroblastoma por medio de fabricación aditiva. Además, el modelo muscular se presenta como un posible candidato para realizar estudios in vitro del tejido sano y atrofiado por caquexia derivada de cáncer.