Desarrollan un dispositivo de bioimpresión manual para acelerar la regeneración de heridas cutáneas

Un equipo multidisciplinar liderado por investigadores de la Universidad de Granada ha desarrollado Biopen4Reg, un dispositivo portátil de bioimpresión manual inspirado en un aerógrafo, diseñado para la aplicación directa de biotintas regenerativas sobre heridas cutáneas.

Este dispositivo forma parte de los resultados de muchos años de investigación conjunta de los científicos de la UGR, integrantes a su vez del Instituto de Investigación Biosanitaria ibs.GRANADA, de la Universidad de Jaén, de la Universidad de La Coruña y de la empresa Bioibérica S.A.U. Los resultados del proceso que ha dado lugar a este dispositivo, publicados en la prestigiosa revista Advanced Healthcare Materials, confirman su eficacia en la aceleración de la cicatrización y la recuperación funcional de la piel en modelos animales.

La biotinta (mezcla de células y biomateriales) desarrollada combina fibrinógeno, colágeno y glicosaminoglicanos (ácido hialurónico, dermatán sulfato y condroitín sulfato), componentes fundamentales de la matriz extracelular de la piel. Esta formulación permite generar un hidrogel con propiedades mecánicas y biológicas que favorecen la adhesión celular, la proliferación y la formación de tejido nuevo.

El nuevo dispositivo acelera la regeneración de heridas cutáneas.

En los ensayos in vitro, la biotinta demostró excelente viabilidad celular al ser cargada con fibroblastos dérmicos humanos y células madre mesenquimales, manteniendo niveles de viabilidad superiores al 91% tras varios días de cultivo. El análisis de las propiedades mecánicas confirmó una adecuada viscosidad y capacidad de gelificación tras la pulverización, lo que garantiza la estabilidad estructural en la herida.

Según la investigadora predoctoral Paula Pleguezuelos Beltrán, primera autora del estudio, “la combinación de estos compuestos crea una biotinta biomimética a la matriz nativa de la piel, novedosa en este tipo de aplicaciones por pulverización, que aporta un ambiente enriquecedor para favorecer la regeneración del tejido”.

Biopen4Reg se basa en un aerógrafo de doble cabezal modificado, capaz de pulverizar simultáneamente, por un lado, el precursor líquido de fibrinógeno y la mezcla de GAGs/colágeno y, por otro trombina, que se combinan al momento de la aplicación para formar el hidrogel en la superficie de la herida.

Un aspecto crítico fue la presión de aplicación. Los experimentos mostraron que 15 psi era la presión óptima para mantener la viabilidad celular: a este valor, la actividad metabólica permaneció estable, mientras que presiones superiores a 25 psi reducían significativamente la supervivencia de las células. Estos datos confirman que Biopen4Reg puede transportar células vivas sin comprometer sus propiedades regenerativas.

Resultados en modelos animales

El dispositivo fue evaluado en ratones con heridas cutáneas de espesor completo, aplicando la biotinta con y sin células, y comparando con autoinjertos de piel y controles sin tratamiento. A las 8 semanas, los animales tratados con Biopen4Reg presentaban una cobertura cutánea mucho más avanzada que los controles, y el tejido regenerado mostraba una dermis densa y bien organizada y una epidermis estratificada, con una arquitectura similar a la piel sana. También se registraron mejoras significativas en parámetros de hidratación, elasticidad y pigmentación cutánea, alcanzando valores próximos a los de piel no lesionada. Por otro lado, los grupos tratados con la biotinta sin células mostraron una mejora sustancial, lo que demuestra el potencial del material como andamiaje bioactivo capaz de reclutar células del propio organismo.

Foto del dispositivo médico Biopen.

En términos de eficacia global, los resultados fueron comparables a los autoinjertos de piel, considerados el estándar clínico actual, pero con la ventaja de evitar la morbilidad asociada a la extracción de injertos del propio paciente.

Una alternativa a los injertos de piel

“Nuestro objetivo es que Biopen4Reg se convierta en una herramienta traslacional que pueda pasar del laboratorio al hospital. Su sencillez de uso, junto con el hecho de que puede aplicarse con y sin células, abre la puerta a un abanico muy amplio de aplicaciones clínicas en la regeneración de la piel”, señala Juan Antonio Marchal, investigador principal del proyecto.

El carácter portátil, accesible y de bajo coste de Biopen4Reg lo convierte en una tecnología especialmente prometedora para su integración en quirófanos, unidades de quemados y, en el caso de usar la biotinta sin células, puede ser aplicada a nivel ambulatorio y contextos de emergencia médica, donde la rapidez en la cobertura cutánea es crucial.

Además de los resultados científicos, se han solicitado protección mediante patente para Biopen4Reg y las distintas biotintas, y se han realizado distintos estudios de regulatoria y de mercado necesarios para su futura transferencia y traslación clínica. Paralelamente, se ha desarrollado una versión adaptada como dispositivo médico, con el objetivo de que pueda emplearse de forma segura y eficaz.

El equipo de la UGR planea avanzar hacia ensayos clínicos en humanos, con el objetivo de evaluar la seguridad y eficacia del dispositivo en escenarios hospitalarios. Asimismo, Biopen4Reg puede ser empleado en la regeneración de otros tejidos blandos más allá de la piel, tales como lesiones corneales o lesiones del cartílago articular, entre otras.El estudio ha contado con el apoyo de financiación nacional e internacional, incluyendo programas de investigación en biomedicina regenerativa y biofabricación avanzada, respaldados entre otras por entidades tales como el Instituto de Salud Carlos III, a través de los proyectos de Desarrollo Tecnológico en Salud, la Consejería de Economía, Conocimiento, Empresas y Universidad de la Junta de Andalucía, y la Unidad de Excelencia Modeling Nature (MNat).

Referencia:

Pleguezuelos-Beltrán P, Nieto-García D, Chocarro-Wrona C, de Vicente J, Gálvez-Martín P, Entrena JM, López-Ruiz E, Marchal JA ‘A Novel Sprayable Fibrinogen/Glycosaminoglycans/Collagen-Based Bioink for Skin Wound Healing Applied by a Handheld Dual-Head Airbrush’, Advanced Healthcare Materials