Resumen
La ingeniería tisular hepática ofrece una herramienta propicia de cribado toxicológico y modelización de enfermedades, que también podría proporcionar una terapia alternativa al trasplante de hígado para tratar enfermedades hepáticas en fase terminal. Se han propuesto varios modelos celulares para estudiar la fisiología hepática y el desarrollo de enfermedades. Los sistemas in vitro clásicos se basan en cultivos en monocapa de hepatocitos humanos primarios o líneas celulares de hepatoma, aunque en los últimos años se ha fomentado el uso de sistemas más complejos que también tienen en cuenta la organización tridimensional. El objetivo principal de esta Tesis Doctoral es desarrollar un sistema hepático tridimensional que recapitule la organización tridimensional del hígado utilizando hidrogeles y constructos porosos basados en la matriz extracelular hepática, y su aplicación para el estudio y tratamiento de enfermedades hepáticas.
Para ello, primero optimizamos la composición utilizando hidrogeles de gelatina y ácido hialurónico, buscando las propiedades mecánicas más parecidas a las del hígado humano. Para determinar la idoneidad de los hidrogeles desarrollados para el cultivo de células hepáticas, se utilizó la reticulación in situ de células HepG2, una línea celular de hepatoma ampliamente utilizada en Hepatología, y se analizó tanto la viabilidad como la funcionalidad de las células. La caracterización mecánica de los hidrogeles y la evaluación de la funcionalidad de las células HepG2, nos llevaron a seleccionar la composición 20-80 gelatina-ácido hialurónico como la óptima para el cultivo de células hepáticas.
En segundo lugar, se prepararon constructos porosos de gelatina-ácido hialurónico con porosidad interconectada y se utilizaron para el cultivo de hepatocitos humanos primarios y la evaluación de las funciones hepáticas clave. Los hepatocitos humanos primarios cultivados en constructos porosos de gelatina-ácido hialurónico mostraron una mayor secreción de albúmina y urea, y una mayor capacidad metabólica (niveles de actividad citocromo P450 y UDP-glucuronosiltransferasa) en comparación con los cultivos en monocapa estándar. El trasplante del constructo poroso con hepatocitos humanos produjo una mejora de la función hepática (niveles de transaminasas, necrosis) y mejoró el daño en un modelo de ratón de insuficiencia hepática inducida por acetaminofeno. Además, el estudio in vivo también proporcionó una comprensión mecanicista de la lesión hepática inducida por acetaminofeno y el impacto del trasplante mediante el análisis de la producción de citoquinas y la inducción de estrés oxidativo para encontrar biomarcadores adecuados de la eficacia de la terapia celular.
Finalmente, en la última parte de esta tesis doctoral hemos explorado el uso de la bioimpresión como método para aumentar el rendimiento de los sistemas de ensayo que mejor imitan el entorno y la complejidad del tejido hepático. Para transformar los hidrogeles desarrollados en biotintas, se aumentó el peso molecular del ácido hialurónico. A continuación, se estudió la idoneidad de biotintas híbridas de gelatina y ácido hialurónico mediante la determinación de la viscosidad, la uniformidad y el factor de poros. La bioimpresión de células HepG2 demostró la idoneidad de las biotintas seleccionadas para el cultivo de células hepáticas y la mejora de su producción, lo que sugiere la conveniencia de automatizar y escalar la fabricación de hidrogeles.
