El uso de células vivas para imprimir órganos en 3D puede sonar descabellado, pero está sucediendo. La bioimpresión está ganando terreno rápidamente. Así es como funciona.
La industria de la salud está tratando de sacar provecho de la impresión en 3D, y rápido. Desde prótesis de miembros y varios dispositivos quirúrgicos hechos con plásticos y metales, hasta el uso de células para imprimir órganos humanos, los experimentos en esta industria están progresando rápidamente.
El mundo de la bioimpresión es todavía muy nuevo y ambiguo. Muchas de las innovaciones han sido impulsadas por empresas como Organovo, que se centran en la bioimpresión, o por investigadores específicos de universidades, como el Dr. Anthony Atala de Wake Forest.
La confusión ha girado en torno a la bioimpresión en 3D. Puede ser un concepto difícil de entender, y a veces se ha malinterpretado. Atala, por ejemplo, fue tergiversado en artículos sobre una charla TED que dio. Los artículos decían que imprimió un riñón humano en funcionamiento, cuando en realidad era sólo un prototipo.
Para ayudar a aclarar las cosas, hemos compilado una lista de 10 cosas para ponerte al día – o al menos ayudarte a averiguar – cómo funciona la bioimpresión y hacia dónde se dirige en un futuro próximo.
VER: Cómo la bioimpresión en 3D está cambiando el mundo: Fotos de 10 grandes proyectos
1. Las tomografías computarizadas pueden funcionar como un diseño CAD
En lugar de tratar de crear un modelo de órgano o tejido desde cero, los investigadores e ingenieros pueden utilizar una tomografía computarizada o una resonancia magnética para crear un modelo en 3D para imprimir. Por ejemplo, la Universidad de Louisville, al crear un modelo impreso en 3D del corazón de un niño para que los médicos pudieran usarlo en su cirugía, los investigadores usaron la tomografía computarizada de su médico para hacer el modelo de diseño en 3D. Sitios web como Instructables incluso tienen tutoriales para describir cómo convertir un escáner CT en un modelo imprimible en 3D para imprimir.
2. Existen múltiples tipos de impresoras
Bioimpresoras: Organovo fabricó la primera bioimpresora de uso comercial, llamada NovoGen MMX, que es la primera bioimpresora 3D de producción del mundo. La impresora tiene dos cabezales de impresión robotizados. Una coloca células humanas y la otra un hidrogel, un andamio u otro tipo de soporte.
«Impresoras inspiradas en la inyección de tinta: Los experimentos con la bioimpresión en la Universidad Wake Forest se inspiraron en las impresoras tradicionales de inyección de tinta. La impresora permite utilizar varios tipos de células y componentes para la impresión. En las primeras formas de la tecnología, las células se colocaban en las paredes reales de los cartuchos de tinta y las impresoras estaban programadas para colocar las células en un orden particular. Hoy en día, la universidad ha adaptado esa tecnología para que las células de la piel puedan ser colocadas en un cartucho de tinta e impresas directamente en una herida.
Impresora de seis ejes: En el Instituto de Innovación Cardiovascular de la Universidad de Louisville, el Dr. Stuart Williams está utilizando un robot/impresora que, en lugar de construir el tejido desde cero, como hacen las impresoras 3D tradicionales, puede construir múltiples partes del tejido cardíaco que está haciendo al mismo tiempo y moverlas en consecuencia.
«Hemos construido una impresora de seis ejes que puede imprimir capas, pero que regresa y comienza a imprimir una nueva capa en el exterior[del corazón]», dijo Williams. «Las válvulas están en un solo lugar, y usamos un robot para traer las válvulas y ponerlas en partes del corazón.»
3. Las células se usan como la «tinta».
Organovo explica a fondo el proceso de bioimpresión en 3D en este vídeo. Básicamente, una vez que se selecciona un diseño de tejido, la compañía hace «bio-ink» a partir de las células. Utilizando una bioimpresora NovoGen MMX, las células se colocan en capas entre capas a base de agua hasta que se construye el tejido. Ese hidrogel entre capas se utiliza a veces para rellenar espacios en el tejido o como soporte del tejido impreso en 3D. El colágeno es otro material utilizado para fusionar las células. Este enfoque capa por capa es muy similar al proceso normal de impresión en 3D, en el que los productos se construyen desde cero.
4. Las células madre también se utilizan en la bioimpresión
Las células madre pueden adaptarse fácilmente a los tejidos, por lo que son una opción atractiva para la bioimpresión de diferentes órganos y huesos. Investigadores de la Universidad de Nottingham en el Reino Unido experimentaron con la construcción de reemplazos óseos recubiertos con células madre que se convierten en tejidos con el tiempo. Los investigadores dijeron que el desarrollo de la reparación de células madre para tejidos complejos, como los que componen el corazón o el hígado. Es difícil utilizar células madre para construir estos órganos, pero puede ser posible con la bioimpresión en 3D.
5. La bioimpresión es más complicada que otras impresiones en 3D
Vamos a explicar este proceso con un poco más de detalle. En el caso de Organovo, se utiliza una bioimpresora para crear tejido hepático, que es uno de los experimentos originales de bioimpresión de la empresa. Los esferoides de las células hepáticas parenquimales (o fundamentales) se cargan en una jeringa. En otra jeringa, se cargan las células hepáticas no parenquimatosas y el hidrogel, que se fusionan para crear una tinta biológica. El bio-ink hace un molde en el plato de la célula, y las células del hígado llenan el resto del plato. Cuando las células se colocan en una incubadora, se fusionan aún más para formar el tejido hepático completo.
6. Hay muchos otros materiales para usar en la bioimpresión
Las células no tienen que ser el final de todo, ser todo bioimpresión. Muchas personas todavía consideran los materiales biodegradables o biocompatibles que pueden ser usados para construir partes del cuerpo o reparar partes dañadas como un aspecto de la bioimpresión. Los materiales de impresión que pueden mejorar los huesos, el cartílago y la piel son igualmente importantes para el futuro de esta tecnología. Algunos de los materiales incluyen ciertos tipos de plástico flexible, como el absorbible utilizado para hacer férulas impresas en 3D para la tráquea de un bebé que tenía una afección que causó el colapso de la tráquea; y polvo de titanio, que se utilizó para crear un implante de mandíbula para una mujer que tenía una infección.
7. Tejidos impresos en 3D para pruebas farmacéuticas
Dado que la tecnología aún no está lo suficientemente avanzada para crear un órgano completo, las muestras de tejido son perfectas para probar medicamentos y otros avances médicos. En lugar de tener que utilizar seres humanos o animales como conejillos de indias para las pruebas farmacéuticas, la bioimpresión puede proporcionar una opción mucho más rentable y ética, al tiempo que sigue siendo precisa porque las muestras de tejido están hechas de células humanas.
8. La reproducción de las células no es nada nuevo
Durante años, los científicos han estado cultivando células en laboratorios, incluyendo tejido de la piel, vasos sanguíneos y otros cultivos celulares de varios órganos. Replicar y cultivar células en placas de Petri no es nada realmente nuevo, y la ciencia que lo rodea está en constante avance. Sin embargo, la impresión en 3D ofrece la oportunidad de imprimir un órgano entero, no sólo fragmentos de uno. También puede reducir drásticamente el costo de estos procesos debido a las células y otros materiales utilizados.
9. La impresión de las redes de vetas es un gran obstáculo
La vascularización es un gran obstáculo en el camino de los órganos de impresión 3D, porque necesitan tener un sistema de arterias, capilares y venas que soporten el sistema. Deben estar presentes para entregar los nutrientes y eliminar los desechos creados por las células. Una opción es dejar el espacio en el tejido impreso en 3D para que las venas se agreguen más adelante en el proceso, pero los investigadores ahora están tratando de encontrar una manera de imprimir también los vasos sanguíneos.
Un experimento en la Universidad de Pensilvania utilizó una impresora RepRap para hacer plantillas de redes de vasos sanguíneos con azúcar. Cuando se disuelven, el azúcar se elimina sin dañar las células y el espacio para los vasos sanguíneos está allí. Los investigadores de Harvard también han comenzado a trabajar en este tema, pero están tratando de imprimir en 3D los vasos sanguíneos por sí mismos integrándolos con las células de la piel.
10. El cuerpo puede rechazar las células impresas en 3D
En cualquier trasplante o cirugía, siempre existe el riesgo de que el cuerpo rechace el órgano o las células. Esto puede ocurrir incluso cuando el tejido de un área del cuerpo se coloca en otra área del cuerpo. El órgano (o pieza de tejido) también tiene que tener tiempo para integrarse en el cuerpo después del implante. Dado que la tecnología para la bioimpresión 3D es tan nueva, los médicos e ingenieros ni siquiera han llegado a este punto, pero es importante reconocer estos riesgos con suficiente antelación.