Software diseña vasos sanguíneos para corazones impresos en 3D

Bioingenieros de la Universidad de Stanford, Estados Unidos; crearon una plataforma que diseña e imprime redes vasculares artificiales en minutos, y mejora la viabilidad de tejidos vivos impresos en 3D. El avance resuelve uno de los principales retos para fabricar órganos trasplantables a partir de las propias células del paciente: una vascularización eficaz y a gran escala. Los resultados se publicaron en Science. El estudio contó con la colaboración del Maternal & Child Health Research Institute, especializado en anatomía cardíaca infantil.

El software genera redes vasculares en minutos, simula el flujo sanguíneo y se probó en más de 200 modelos anatómicos y de ingeniería. El equipo creó una plataforma algorítmica capaz de generar redes vasculares hasta 230 veces más rápido que los métodos actuales, con capacidad para simular patrones de flujo y presión. Usaron esta tecnología para diseñar redes en más de 200 modelos anatómicos y de ingeniería.

El sistema genera estructuras vasculares adaptadas a la forma de distintos tejidos con una velocidad sin precedentes y un diseño que recuerda al del cuerpo humano, explicaron los autores. “La posibilidad de escalar los tejidos bioimpresos está limitada por la capacidad de crear vasos sanguíneos: no se puede aumentar su tamaño sin garantizar un suministro adecuado”, señaló la autora principal del estudio, Alison Marsden.

“Hemos logrado que el algoritmo funcione unas 200 veces más rápido que los métodos anteriores y que se adapte a formas complejas, como órganos”, añadió Marsden. El nuevo algoritmo permite crear árboles vasculares que imitan fielmente la arquitectura de los vasos en órganos reales. El software está disponible en código abierto a través SimVascular.

Simulaciones de dinámica de fluidos

Para garantizar un flujo homogéneo, el equipo incorporó simulaciones de dinámica de fluidos, lo cual optimiza el tiempo de diseño y evita colisiones entre vasos. Además, lograron generar redes con una única entrada y salida. “Tardamos unas cinco horas en generar un modelo para vascularizar un corazón humano”, explicó el primer autor del estudio, Zachary Sexton. “Cada célula estaba a menos de 150 micras del vaso más cercano, lo que es excelente. Este diseño contenía un millón de vasos sanguíneos, algo que antes habría llevado meses lograr”, acotó.

Aunque las impresoras 3D aún no alcanzan la resolución necesaria para redes muy densas, el equipo imprimió un modelo con 500 ramificaciones y probó una versión simplificada con células renales humanas y una red de 25 vasos. Al bombear un líquido rico en oxígeno y nutrientes, lograron mantener vivas muchas células cercanas.  Además de imprimir vasos, el equipo también trabaja en inducir el crecimiento natural de los capilares más finos —que no pueden imprimirse— y en mejorar la precisión y velocidad de las bioimpresoras.

Biofabricación personalizada

Según el comentario de expertos que acompaña el estudio en Science, esta tecnología podría transformar la biofabricación, ya que permite evaluar el rendimiento de las redes antes de imprimir, lo cual evita el enfoque tradicional de prueba y error. A largo plazo, la combinación de simulación, impresión y aprendizaje automático permitirá desarrollar diseños vasculares capaces de evolucionar junto con los tejidos

No obstante, recordaron que los vasos no solo transportan sangre: también responden a estímulos, remodelan su estructura y se adaptan al entorno. Por eso, integrar modelos más complejos —como la angiogénesis o el comportamiento dinámico de las células endoteliales— será esencial. Además, esta plataforma podría servir para simular enfermedades vasculares y probar tratamientos personalizados en modelos digitales antes de aplicarlos en pacientes.