Jennifer Lewis ScD ’91: “¿Podemos hacer tu propio pañuelo para ti?”

“La forma en que se fabrica un material afecta su estructura y afecta sus propiedades”, dijo Lewis. “Esta perspectiva fue un momento de luz para mí, al pensar en la impresión 3D más allá de simplemente crear prototipos y crear formas, sino en ser capaz de controlar su composición, estructura y propiedades locales en múltiples escalas”.

Lewis, científico de materiales de formación, reflexionó sobre cómo aprender a hablar el lenguaje de la biología cuando ingresó a Harvard para iniciar su propio laboratorio centrado en bioimpresión e ingeniería biológica. ¿Cómo se comparan las partículas y los polímeros con las células madre y la matriz extracelular? Un hilo común, explicó, es la necesidad de un material que pueda integrarse y luego eliminarse, dejando canales abiertos. Para satisfacer esta necesidad, el laboratorio de Lewis ha desarrollado nuevos métodos de impresión 3D, diseños sofisticados de cabezales de impresión y tintas viscoelásticas, lo que significa que la tinta puede alternar entre forma líquida y sólida.

Al mostrar un video de un pulpo robot en movimiento llamado Octobot, Lewis mostró cómo su grupo creó dos tintas de sacrificio que cambian de líquido a sólido cuando se calientan o se enfrían. El concepto se inspira en la naturaleza: plantas que cambian dinámicamente en respuesta al tacto, la luz, el calor y la hidratación. Para Octobot, el equipo de Lewis utilizó tinta de sacrificio y un proceso de impresión integrado que permite la impresión de forma libre en tres dimensiones, en lugar de capa por capa, para crear un robot blando totalmente autónomo. Un circuito oscilante en el centro guía el gas (oxígeno hidrógeno), que hace que los brazos se muevan hacia arriba y hacia abajo a medida que se inflan y desinflan.

De los robots a la ingeniería de órganos completos

“¿Cómo podemos aumentar la transformación de formas en la ingeniería de tejidos?” preguntó Luis. “Así como nuestra sangre continúa fluyendo por nuestro cuerpo, podríamos tener un suministro continuo de curación”.

El laboratorio de Lewis está trabajando actualmente en la construcción de tejido humano, especialmente tejido cardíaco, renal y cerebral, utilizando células específicas del paciente. La motivación, explicó Lewis, no es sólo la necesidad de órganos humanos para personas con enfermedades, sino el hecho de que recibir un órgano donado significa tomar inmunosupresores por el resto de la vida. Si, en cambio, el tejido pudiera fabricarse a partir de sus propias células, sería compatible con la mayor parte de su propio cuerpo.

“Así como hemos diseñado matrices viscoelásticas para la impresión integrada en materiales funcionales y estructurales”, dijo Lewis, “podemos tomar células madre y luego usar nuestro método de escritura sacrificial para escribir en vasculatura perfusible”. El proceso utiliza una técnica que Lewis llama SWIFT: escribir tejido funcional de sacrificio. Cuando Lewis compartió sus resultados de laboratorio, mostró cómo las células madre, que son diferentes bloques de construcción cardíacos, inicialmente laten individualmente, pero después de ser empaquetadas en un espacio más reducido que soportará SWIFT, estos bloques de construcción se fusionan y se convierten en un solo tejido que late sincrónicamente. Luego, su equipo utiliza una tinta de gelatina que se solidifica o se licua con los cambios de temperatura para imprimir el complejo diseño del recipiente humano, eliminando la tinta para dejar lúmenes abiertos. El canal permanece abierto, imitando una red de vasos sanguíneos que podrían tener líquido fluyendo activamente y continuamente a través de él. “Lo que vamos a hacer es expandir esto no sólo a diferentes tipos de tejido, sino también incorporar mecanismos que podamos construir vasculatura a múltiples escalas”, dijo Lewis.

Honrada Mildred S. Dresselhaus

Para concluir, Lewis reflexionó sobre el impacto positivo de Dresselhaus en su propia carrera. “Quiero dedicar esto [talk] a Millie Dresselhaus”, dijo Lewis. Señaló una cita de Millie: “Lo mejor de tener una profesora en el campus es que les dice a las estudiantes que ellas también pueden hacerlo”. Lewis, que llegó al MIT como estudiante de posgrado en ciencias de materiales e ingeniería a finales de los años 1980, una época en la que había muchas mujeres con doctorados en ingeniería, señaló que “el solo hecho de ver a alguien tan alta como ella fue realmente una inspiración para mí. Le agradezco mucho todo lo que ha hecho, por su increíble inspiración como estudiante, como miembro de la facultad e incluso ahora, hoy”.

Después de la conferencia, Ritu Raman, profesora adjunta de desarrollo profesional de Eugene Bell en el Departamento de Ingeniería Mecánica del MIT, se unió a Lewis para una sesión de preguntas y respuestas. Las discusiones incluyen ideas sobre hardware y software de impresión 3D, reparación y regeneración de tejidos y bioimpresión en el espacio.

Raman dijo: “Tanto Mildred Dresselhaus como Jennifer Lewis han hecho contribuciones increíbles a la ciencia y han servido como modelos inspiradores para muchos en la comunidad del MIT y más allá, incluido yo mismo. En mi propia carrera como ingeniera de tejidos, las herramientas y técnicas desarrolladas por el profesor Lewis y su equipo han informado y permitido de manera crítica la investigación que lleva a cabo mi laboratorio”.

Esta fue la séptima Conferencia Dresselhaus, nombrada en honor de la fallecida profesora del Instituto MIT Mildred Dresselhaus, conocida por muchos como la “Reina de la ciencia del carbono”. El evento anual rinde homenaje a una figura importante de la ciencia y la ingeniería de cualquier parte del mundo que tiene liderazgo e impacto en las vidas, los logros y los valores de Dresselhaus.

“El profesor Lewis muestra, en muchos sentidos, el espíritu de Millie Dresselhaus”, afirmó el director de MIT.nano, Vladimir Bulović. “El trabajo innovador de Millie es, de hecho, bien conocido; y el trabajo innovador del profesor Lewis en impresión 3D y materiales bioinspirados continúa ese legado”.