Clinical Research Insider

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De la impresión 3D a la bioimpresión 3D

Por: Thor Nissen*

La impresión 3D comenzó a finales de los años 80, cuando se pudieron “imprimir” los primeros objetos pequeños y no tan útiles. Y aunque no se puede decir que haya evolucionado a la velocidad del rayo, ahora es aplicable en múltiples campos y está al alcance de casi cualquier interesado. 

Para imprimir cualquier cosa en 3D, primero se crea un modelo digital y luego se imprime en un objeto físico. El proceso se realiza capa a capa, utilizando diferentes materiales según el uso que se quiera dar a la escultura de alta tecnología. Cuando esta tecnología se aplica a los órganos, se conoce como bioimpresión 3D para conseguir órganos de ingeniería. Los materiales de este sistema incluyen células y factores de crecimiento que dan lugar a estructuras similares a los tejidos y, algún día, a órganos verdaderamente funcionales. Suena sencillo, pero por supuesto no lo es. La necesidad de integrar células estériles difiere mucho del uso de los termoplásticos comunes empleados en otros terrenos. Una suspensión de células vivas específicas y diversas, llamadas bioink, se incrusta en una matriz de soporte de microgel (o andamio), asume la forma del órgano e incluye líneas celulares primarias y de soporte. Al igual que con otros tipos de trasplantes, hay que garantizar la compatibilidad o se podrían utilizar las propias células del receptor.

Investigadores de la Universidad de São Paulo (Brasil) han conseguido crear versiones en miniatura de un hígado humano a partir de células sanguíneas. El proceso duró sólo 90 días, desde la extracción de la sangre del paciente hasta la producción del tejido. 

La bioimpresión en 3D se remonta a 1988, cuando el Dr. Robert J. Klebe, de la Universidad de Texas, presentó su proceso de citotipado. En 2002, el profesor Anthony Atala de la Universidad de Wake Forest creó el primer órgano mediante bioimpresión: un riñón a pequeña escala. Organovo llegó en 2010 y rápidamente comenzó a trabajar con los desarrolladores de Invetech para crear una de las primeras bioimpresoras del mercado, la NovoGen MMX. La bioimpresión de órganos siguió evolucionando. En 2016, investigadores de la Universidad de Northwestern implantaron con éxito ovarios bioimpresos en ratones para combatir problemas de fertilidad. En la Universidad de Newcastle, en 2018, un equipo de científicos imprimió con éxito córneas humanas en 3D. Y en 2019, un grupo de investigadores de Tel-Aviv consiguió desarrollar el primer corazón funcional totalmente bioimpreso del tamaño de una cereza (Fig. 1). Los órganos funcionales impresos en 3D aún no son una realidad. Cuánto tardarán los órganos impresos en 3D, es la pregunta y el título de un breve vídeo de YouTube que puede ver en: https://www.youtube.com/watch?v=64-ujrKUxLc 

Se ha utilizado un caso reconocido de bioimpresión para la reconstrucción auricular. Se diseñaron, fabricaron y regeneraron con éxito orejas externas específicas para cada paciente. 

Tarun Agarwal, del Departamento de Biotecnología del Instituto Indio de Tecnología de Kharagpur, ha sido el primer autor de algunos artículos con varios colaboradores. En uno de ellos muestran cómo la introducción de la bioimpresión en la ingeniería de tejidos ha allanado el camino para fabricar complejas construcciones de ingeniería biomimética y sus implicaciones para la reparación de diferentes tejidos cartilaginosos, a saber, el cartílago articular, meniscal, nasoseptal, auricular, costal y traqueal. En otro, exploran las posibilidades de recrear modelos de tejido cardíaco funcional de ingeniería para aplicaciones regenerativas y de diagnóstico. En el ámbito de la ingeniería de tejidos hepáticos, la bioimpresión en 3D ha surgido como una tecnología eficaz para imitar el complejo microentorno hepático in vivo, lo que permite desarrollar construcciones funcionales en 3D con posible aplicación en el sector sanitario y de diagnóstico.  

Aunque la bioimpresión no es un campo totalmente nuevo, ya que se deriva de los principios generales de la impresión en 3D, es un concepto novedoso a efectos legales y normativos. Y ahí es donde el campo podría tropezar si los reguladores no pueden decidir cómo enfocarlo.  

*Thor Nissen. Médico, licenciado en Farmacología Clínica y MBA en Administración de Calidad. Ha logrado colaborar en el desarrollo de medicamentos para compañías farmacéuticas líderes mundiales tanto en asuntos médicos como en investigación clínica en nuevos departamentos de medicamentos, regulación, marketing y ventas.

Referencias:

  1.  Emma Yasinski, Feb 26, 2020. On the Road to 3-D Printed Organs. https://www.the-scientist.com/news-opinion/on-the-road-to-3-d-printed-organs-67187
  2.  Donovan Alexander, Dec 19, 2020. The Science Fiction World of 3D Printed Organs. https://interestingengineering.com/the-science-fiction-world-of-3d-printed-organs
  3.  Carlota V, April 7, 2020. 8 Very Promising Bioprinting Projects. 3D printed organs and body parts projects – 3Dnatives
  4.  Alexandrea P, November 7, 2019. Is 3D bioprinting the future of tailor-made medicine? Is 3D bioprinting the future of tailor-made medicine? – 3Dnatives
  5.  Alexandrea P, November 7, 2019. Is 3D bioprinting the future of tailor-made medicine? Is 3D bioprinting the future of tailor-made medicine? – 3Dnatives
  6.  Agarwal T, Chiesa I, Presutti D, Irawan V, Vajanthri KY, Costantini M, Nakagawa Y, Tan SA, Makvandi P, Zare EN, Sharifi E, De Maria C, Ikoma T, Maiti TK. Recent advances in bioprinting technologies for engineering different cartilage-based tissues. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 2021 Apr;123:112005. doi: 10.1016/j.msec.2021.112005. Epub 2021 Mar 4. PMID: 33812625.
  7.  Agarwal T, Fortunato GM, Hann SY, Ayan B, Vajanthri KY, Presutti D, Cui H, Chan AHP, Costantini M, Onesto V, Di Natale C, Huang NF, Makvandi P, Shabani M, Maiti TK, Zhang LG, De Maria C. Recent advances in bioprinting technologies for engineering cardiac tissue. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 2021 May;124:112057. doi: 10.1016/j.msec.2021.112057. Epub 2021 Mar 25. PMID: 33947551.
  8.  Agarwal T, Banerjee D, Konwarh R, Esworthy T, Kumari J, Onesto V, Das P, Lee BH, Wagener FADTG, Makvandi P, Mattoli V, Ghosh SK, Maiti TK, Zhang LG, Ozbolat IT. Recent advances in bioprinting technologies for engineering hepatic tissue. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 2021 Apr;123:112013. doi: 10.1016/j.msec.2021.112013. Epub 2021 Mar 5. PMID: 33812632.
  9.  Dinusha Mendis and Ana Santos Rutschman, 3D Printing Of Body Parts Is Coming, Regulations Need to Keep Up. Across America. https://patch.com/us/across-america/3d-printing-body-parts-coming-regulations-need-keep

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