Bioimpresión 3D, técnica emergente en medicina

Las impresoras 3D están revolucionando la ingeniería, los procesos de fabricación, el arte, la educación… y también la medicina. La bioimpresión 3D – o impresión 3D de estructuras biológicas- ha experimentado un importante desarrollo desde su nacimiento hace apenas cuatro años. Los expertos aseguran que su hoja de ruta los llevará a crear e implantar órganos en humanos, aunque existen numerosos retos que deberán superar para conseguirlo.

El cirujano Dr. Anthony Atala, director del Instituto Wake Forest de Medicina Regenerativa y hoy considerado padre de la bioimpresión 3D, anunciaba en 2011 que se había iniciado el largo recorrido hacia la creación artificial de órganos humanos. Su recién imprimido riñón artificial – creado a partir de materiales biocompatibles y células vivas, pero carente de la estructura interna y funcionalidad propia de un riñón real – representaba el potencial médico y los desafíos de una tecnología dispuesta a revolucionar la trasplantología. ¿Llegaría el día en que se podría prescindir de donantes y evitar rechazos?

Printing a Human Kidney on Stage
El Dr. Anthony Atala durante su charla TED en 2011.

Desde entonces, hemos visto cómo fragmentos de mandíbulatráqueavértebras e incluso un cráneo fabricado por tecnología de impresión 3D han sido implantados en pacientes aquejados de diversas dolencias. A pesar de ser estructuras sin vida cuya complejidad resulta muy inferior a la de cualquier órgano humano, el éxito de estas operaciones ha representado la consecución de un hito importante en el camino hacia la creación de órganos a la carta.

La bioimpresión 3D surge de la combinación de la biología, la creación de biomateriales y la impresión 3D. A partir de un escáner o TAC realizado al paciente, un programa de diseño asistido por ordenador permite trazar las dimensiones exactas de la pieza que requiere el enfermo, cuya información se transfiere a una impresora 3D que se encargará de fabricarla. La impresión 3D de la pieza puede realizarse de dos maneras:

  1. La primera, y más avanzada, consiste en fabricar estructuras o andamios compuestos de polímeros biocompatibles que no serán rechazados por el cuerpo y acogerán células capaces de producir la actividad funcional necesaria. Dichas estructuras se repueblan de células en un biorreactor y, una vez insertadas en el cuerpo, van dejando paso a las células que el propio organismo genera. Tras cumplir su papel como estructura base, los andamios desaparecen porque son bioderadables.
  2. La segunda, y más compleja, consiste en imprimir los órganos capa a capa. En este caso, el material que expulsa la impresora 3D contiene ya el cultivo celular vivo, para el que se emplea una sujeción biodegradable llamada biopapel.
Futuras aplicaciones médicas y cosméticas de la bioimpresión 3D dentro de la serie ExplainingTheFuture.

Crear la forma general de un órgano a base de geles incrustados con células vivas es hoy una tarea relativamente fácil de realizar, sin embargo la vascularización sigue siendo uno de los mayores retos que dificultan el camino hacia los órganos funcionales impresos en 3D. La vascularización es la creación de vasos sanguíneos que permiten que la sangre y los nutrientes lleguen a las células implantadas, y ello requiere una perfecta conexión del órgano a la circulación del cuerpo. Un reciente estudio colaborativo liderado por la Universidad de Sydney ha planteado un primer paso para conseguirlo, que consiste en emplear una bioimpresora 3D capaz de crear diminutas fibras interconectadas y recubrirlas con células humanas y otros materiales a base de proteínas. Una vez endurecida la estructura por medio de la aplicación de luz, la retirada de las fibras da paso a una nueva red de capilares huecos.

Mientras esperamos la todavía lejana llegada de órganos diseñados a la carta, existen otras aplicaciones inmediatas donde la bioimpresión 3D está desempeñando un papel importante. Por una parte, la sustitución de ensayos preclínicos con animales por estudios con órganos en un chip, i.e. pequeñas muestras de tejido que contienen todas las funciones del órgano correspondiente. Esto evita ensayos fallidos en la transferencia del modelo animal  hasta el humano. Por otra parte, la creación de modelos réplica de partes cancerosas del cuerpo humano, lo que permite conocer más a fondo el cáncer que padece el paciente y tratarlo de manera más precisa.

 

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