Las innovaciones en la bioimpresión en 3D continúan conmocionando este año, con anuncios de nuevos y emocionantes proyectos en los Estados Unidos con el objetivo de lograr avances en el tratamiento médico.
Video: Impresión en 3D…. en menos de dos minutos¿Está interesado en la impresión en 3D? Tenemos un resumen de dos minutos aquí mismo.
La bioimpresión en 3D -la fabricación aditiva de tejidos y órganos- puede estar a años de ser utilizada en un hospital promedio. Pero, a medida que más ensayos con animales tienen éxito, la demanda de la promesa de soluciones personalizables ofrecidas por la tecnología no hace más que crecer.
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«En el último año ha pasado de un puñado de aplicaciones prometedoras, pero muy especializadas, a un caos total en términos de la tasa de expansión», dijo Scott Dunham, vicepresidente de investigación de SmarTech Markets Publishing y analista de la industria de la impresión en 3D. «Tanto los profesionales médicos como los no médicos han adoptado las aplicaciones y tecnologías probadas para la impresión médica en 3D y se han vuelto absolutamente locos con la creación de nuevos tratamientos potenciales utilizando la impresión en 3D. Se está infiltrando rápidamente en todas las áreas del campo médico».
Los orígenes de la impresión en 3D se remontan a los años ochenta. Hoy en día, se espera que el mercado médico de la impresión en 3D se expanda en un 365% hasta alcanzar los 867 millones de euros en 2025, según los analistas de IDTechEx. Con el avance de la bioimpresión, el mercado médico podría alcanzar los 6.000 millones de euros en 10 años.
VER: bioimpresora 3D para reproducir órganos humanos, cambiar la cara del cuidado de la salud: La historia interior
La investigación también se está expandiendo ampliamente: Entre 2008 y 2011, el número de artículos científicos que hacen referencia a la bioimpresión casi se triplicó. En agosto, científicos rusos anunciaron el desarrollo de una bioimpresora magnética 3D que permitirá la producción de tejido vivo en la Estación Espacial Internacional.
Sin embargo, el potencial de la impresión en 3D es actualmente mucho mayor que su uso real en medicina, a pesar del creciente número de ensayos clínicos exitosos y de investigaciones revisadas por pares que están surgiendo.
«La comunidad médica es, por necesidad, algo bastante lento para entrar en la corriente principal», dijo Dunham. «Yo diría que incluso para el 2020, el nivel de aceptación eclipsará lo que ya hemos visto hoy.»
Los últimos proyectos de cuatro universidades muestran lo rápido que se está desarrollando el campo.
Universidad de Indiana: Dermatología, oftalmología y cáncer
Las bioimpresoras 3D tradicionales utilizan un enfoque de andamiaje, creando objetos en capas mediante la aplicación de una sustancia viscosa de incrustación celular conocida como tinta biológica a través de una boquilla. Sin embargo, este proceso a veces puede matar las células.
«Hay pruebas de los conceptos de la bioimpresión 3D, pero el campo está en dificultades porque necesita encontrar una tinta biológica que sea compatible con el proceso de impresión», dijo Nicanor Moldovan, profesor de investigación asociado y director del Centro de Bioimpresión de la Facultad de Medicina de la Universidad de Indiana/Universidad de Indiana-Universidad de Purdue, Indianápolis (IUPUI.
Entra en Regenova, que sólo la IUPUI y la Universidad Johns Hopkins poseen actualmente en los Estados Unidos. Es una bioimpresora 3D que utiliza un robot para colocar los grupos de células, llamados esferoides, en una matriz de microagujas, lo que les permite fusionarse en un tejido. El IUPUI fue el primer instituto académico del país en recibirlo, en febrero de 2019. El método de bioimpresión sin andamiaje podría ayudar a acelerar la aprobación de la FDA, señaló Moldovan.
Es especialmente útil para crear estructuras tubulares: Prácticamente todos los tubos del cuerpo se podían imprimir en la Regenova, así como en otras estructuras heterogéneas de células, agregó. El equipo está desarrollando actualmente proyectos de ingeniería de tejidos y medicina regenerativa en campos que van desde la biología vascular y musculoesquelética hasta la dermatología, la oftalmología y el cáncer.
«La FDA quiere ver la menor desviación de lo que es normal en un organismo desde el punto de vista de la bioseguridad y la compatibilidad», aseguró Moldavo. «Esto no deja una firma biológica detrás, es sólo una forma de mantener las células unidas hasta que se fusionen.»
Muchos investigadores creen que pasarán al menos de 10 a 20 años antes de que veamos una aplicación médica verdaderamente significativa de la bioimpresión en 3D, dijo Moldavo. También dijo que no cree que un constructo aprobado por la FDA estará disponible durante al menos cinco años.
Universidad de Wake Forest: Orejas, huesos y músculos
Los científicos de medicina regenerativa del Centro Médico Bautista Wake Forest en Winston-Salem, Carolina del Norte, demostraron en un documento de febrero que es posible imprimir estructuras de tejido vivo para reemplazar tejido lesionado o enfermo en los pacientes.
Los científicos imprimieron las estructuras de los oídos, los huesos y los músculos. Cuando se implantó en animales, cada parte maduró hasta convertirse en tejido funcional y desarrolló un sistema de vasos sanguíneos. Estos resultados indican que las estructuras podrían eventualmente ser utilizadas en humanos, señalaron los investigadores de Nature Biotechnology.
«Esta nueva impresora de tejidos y órganos es un avance importante en nuestra búsqueda de fabricar tejidos de reemplazo para los pacientes», señaló Anthony Atala, director del Instituto Wake Forest de Medicina Regenerativa y autor del estudio. «Puede fabricar tejido estable a escala humana de cualquier forma. Con un mayor desarrollo, esta tecnología podría ser usada para imprimir tejido vivo y estructuras de órganos para su implementación quirúrgica».
Al igual que el trabajo de IUPUI, el equipo de Wake Forest quería utilizar un enfoque de impresión no tradicional para asegurar que las células de tejido sobrevivieran al proceso. Su respuesta fue el Sistema Integrado de Impresión de Órganos y Tejidos (Integrated Tissue and Organ Printing System, ITOP), que deposita materiales biodegradables similares al plástico para formar la forma del tejido, y geles a base de agua que contienen las células. Se forma una estructura externa fuerte y temporal que no daña las células.
Los científicos imprimieron fragmentos de hueso de la mandíbula utilizando células madre humanas, que tenían el tamaño y la forma necesarios para la reconstrucción facial. Las partes impresas fueron implantadas en ratas, y después de cinco meses, se había formado tejido óseo vascularizado.
El equipo de Wake Forest planea implantar músculo bioimpreso, cartílago y hueso en pacientes en el futuro.
Universidad Estatal de Pennsylvania: Placas de cartílago
En Penn State, los investigadores crearon cartílago de vaca artificial utilizando una impresora 3D en junio, y ya han comenzado a experimentar con células humanas.
El cartílago es un buen tejido al que se debe dirigir la bioimpresión a escala porque está compuesto de un solo tipo de célula y no tiene vasos sanguíneos dentro del tejido. El equipo hizo hebras de tejido y las fusionó, por lo que la estructura se ensambló en una sola pieza de tejido que se asemeja a un parche de cartílago.
Los intentos anteriores de crecimiento del cartílago comenzaron con células incrustadas en un hidrogel -una sustancia compuesta de cadenas de polímeros y alrededor del 90% de agua- que se utiliza como un andamiaje para cultivar el tejido. Sin embargo, se fabricó con menos material natural, dijo Ibrahim Tarik Ozbolat, profesor asociado de ciencias de la ingeniería y mecánica de la Universidad Estatal de Pennsylvania, y parte de los Institutos Huck de Ciencias de la Vida. En este trabajo, el filamento del cartílago se utilizó en lugar de la tinta de hidrogel.
«El objetivo es hacer algo parecido a lo que tenemos en el cuerpo», dijo Ozbolat. «Nuestro producto al final hará la diferencia.»
El cartílago artificial producido por el equipo es muy similar al cartílago de la vaca nativa. Sin embargo, las propiedades mecánicas son inferiores a las del cartílago natural, aunque aún mejores que las del cartílago fabricado con andamiaje de hidrogel.
El tejido graso cosechado de los pacientes en el Penn State Milton S. Hershey Medical Center se dividirá en células madre, que los científicos pueden diferenciar en células de cartílago. El equipo también está esperando la aprobación para usar el cartílago de las costillas, que un médico del centro médico cosecha actualmente durante la cirugía de reconstrucción mamaria y descarta.
Aunque muchas universidades están llevando a cabo ensayos de bioimpresión en 3D, ninguna ha sido aprobada por la FDA para su uso en humanos, señaló Ozbolat.
Advanced Solutions Life Sciences (afiliado a la Universidad de Louisville): Capilares y corazones
Advanced Solutions Life Sciences, junto con la Universidad de Louisville en Louisville, KY, está utilizando tejidos impresos en 3D para construir uno de los órganos más importantes del cuerpo: El corazón.
«La bioimpresión es un paso de muchos pasos potenciales en un flujo de trabajo», dijo Jay Hoying, jefe de la división de terapias cardiovasculares del Instituto de Innovación Cardiovascular de la Universidad de Louisville, y líder en sus esfuerzos de bioimpresión en 3D. «Si vas a empezar a construir tejidos complejos como un corazón o un hígado, no sólo vas a imprimir algo con forma de corazón. Vas a usar la impresión y otros métodos de ensamblaje para construir los componentes del corazón y unirlos».
El equipo de Hoying está construyendo lechos capilares, a través de los cuales puede fluir la sangre en el laboratorio. «Esperamos poder demostrar esta idea para los sistemas vivos, y al final tener la plataforma básica para empezar a añadir diferentes tipos de células y construir tejidos», dijo Hoying. «Sin un suministro de sangre, lo que sea que vayas a construir no va a funcionar.»
Con un módulo, los capilares, los científicos pueden comenzar a agregar otros, señaló Hoying. Por ejemplo, tal vez puedan agregar un módulo hepático que esté vascularizado y que tenga sangre fluyendo a través de él. Eventualmente, podría ser posible añadir un módulo cardíaco, de modo que los científicos pudieran hacer pasar un medicamento a través de la sangre y hacer que el hígado lo metabolizara y viera el impacto en el corazón.
Hoying prevé que esta tecnología se utilizará primero para probar medicamentos.
«Una vez que tenemos esta capacidad de construir lechos capilares en el laboratorio, tenemos los medios para empezar a construir suministros de sangre para fabricar tejidos», agregó. Eventualmente, es posible que el equipo pueda sumar las piezas para crear un corazón humano completamente funcional.
Sin embargo, aún quedan muchas barreras entre este trabajo y el uso médico convencional, siendo la más grande la biología en sí misma, señaló Hoying. «Si empezamos a ver construcciones rudimentarias similares al corazón en mi vida, nos irá bien», dijo Hoying. «Pero mantente atento, va a cambiar muy rápido.»
Las 3 grandes ventajas para los lectores de ConsejoTecnologico.com
- El marketing médico de la impresión en 3D se está expandiendo rápidamente, y se espera que alcance los 867 millones de euros en 2025 gracias a su promesa de crear tratamientos y soluciones personalizables para los pacientes.
- Varias universidades de los EE.UU. están llevando a cabo actualmente ensayos para experimentar con la construcción de tejidos y órganos impresos en 3D.
- A pesar del rápido crecimiento en el campo, ninguna aplicación ha recibido todavía la aprobación de la FDA, y es probable que nos encontremos a varios años de su uso generalizado en instalaciones médicas.
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