La fabricación aditiva abarca un cierto número de tecnologías en boga que suscita el interés de los investigadores en biomateriales e ingeniería tisular. La fabricación adictiva aplicada a la medicina regenerativa comprende dos campos principales: la impresión 3D de batería inerte o bioactiva y la biofabricación. Si la impresión 3D ha penetrado el mundo de la medicina reparadora, las técnicas de bioensamblaje y de bioimpresión están todavía comenzando.
Una técnica para un país líder en trasplantes
En 2016 en España se realizaron 44 trasplantes por cada millón de personas, incrementando su propio récord en un 12%, así su liderazgo mundial por 24º año consecutivo. A pesar de ello la demanda de órganos es mucho mayor planteándose un doble problema: la dificultad de encontrar un órgano humano que no provoque rechazo al receptor y encontrar la pieza que se ensamble perfectamente a dicho cuerpo.
Reconstruir un tejido de la misma forma que la salamandra regenera un miembro amputado en un mito antiguo evocado por los griegos refiriéndose a Heracles y la Hidra de Lerna que regeneraba sus cabezas a medida que estas eran cortadas por el héroe.
Al no poder regenerar los tejidos humanos, la solución más comúnmente aceptada fue la sustitución de las estructuras dañadas por una prótesis o un trasplante. Las primeras prótesis de dedos se han encontrado en momias egipcias que datan del siglo IX-VII antes de Cristo. Tradicionalmente, tanto las antiguas como las modernas prótesis eran confeccionadas por fábrica o moldeado. Sin embargo, desde hace un poco más de 20 años se utiliza un nuevo proceso de fabricación por apilamiento de capas sucesivas: fabricación aditiva que es la utilizada para la impresión en tres dimensiones (3D).
Actualidad de la investigación
Los científicos bajo la atenta mirada de médicos especialistas en trasplantes, hace justamente un año, construyeron la primera impresora 3D que producía órganos, huesos, músculos y tejidos humanos.
El estudio (publicado en «Nature Biotechnology»), realizado por un equipo de investigadores del Instituto Wake Forest de Medicina Regenerativa en Winston-Salem (North Carolina, EE.UU.), coordinado por Hyun-Wook Kang, describe el desarrollo de una técnica de impresión nueva y prometedor en 3D – que le permite depositar capas de materiales biodegradables asociados con un gel impregnado de células – con el que los académicos han sido capaces de «imprimir» fragmentos de cartílago, huesos y músculos artificiales en grado de poder sustituir tejidos biológicos .
En las pruebas de laboratorio, que se realizaron en ratas, los músculos bioartificiales obtenidos han podido mantener, al mismo tiempo, las características estructurales, además de la capacidad de desarrollar un sistema de vasos sanguíneos y nervios. Una vez implantado en animales de laboratorio, los «impresos» han creado tejidos funcionales, con un sistema adecuado de los vasos sanguíneos. Los científicos han podido verificar que estas estructuras, tamaño, fuerza y funcionalidad, parecen totalmente apropiados para su aplicación en el ser humano.
En las pruebas de laboratorio los músculos bioartificiales obtenidos han podido mantener, al mismo tiempo, las características estructurales, además de la capacidad de desarrollar un sistema de vasos sanguíneos y nervios
«Esta innovadora impresora bio-3D – comentó Anthony Atala, coautor del estudio – es un importante paso hacia adelante en la búsqueda de piezas de repuesto, ya que permite producir tejidos de cualquier forma. Con un mayor desarrollo, se podrían obtener órganos adecuados para los trasplantes».
Una técnica más que innovadora
La impresión 3D se originó en el mundo del diseño para conseguir modelos en tiempo real para diferente proyectos y prototipos. Sin embargo, dada su extrema precisión, pronto atrajo la atención de los bioingenieros, que vieron en ella un método prometedor para la replicación de tejidos y órganos. En un principio las técnicas de impresión convencionales en 3D no fueron capaces de producir estructuras con dimensiones adecuadas para organismo humano. Ahora, por fin, parece que los investigadores del Wake Forest Institute han logrado superar esta dificultad con esta nueva técnica de impresión, llamada Itop (Integrated Tissue and Organ Printing System).
La impresora 3D es capaz de depositar capas de material biodegradable, asociadas a una estructura de soporte temporal y a un gel a base de agua, en el que se sumergen las células que darán lugar a los tejidos. La clave para la obtención de este éxito ha sido la optimización tanto de la composición del gel que contiene las células como el tamaño de poros y canales en los materiales, que permiten que el oxígeno y los nutrientes se distribuyan para ayudar al desarrollo y el crecimiento de las células y de los vasos sanguíneos.
Sólo para demostrar la posibilidad de hacer los tejidos blandos, los investigadores se centraron en implantar músculos bioartificiales a las ratas de laboratorio. Pasadas dos semanas, las pruebas confirmaron que los músculos era lo suficientemente fuertes como para mantener por un tiempo las características estructurales, que se vascularizaban e induciendo la formación de nervios. Un resultado que sorprendió positivamente a la comunidad científica.
Para confirmar el hecho de que el nuevo método es capaz de producir estructuras incluso óseas de dimensiones adecuadas para ser implantadas en seres humanos; los autores, a continuación, realizaron también un fragmento de hueso mandibular, utilizando células madre humanas.
Pero la historia no termina aquí…
El pasado viernes día 3 de febrero, de la mano de la revista de ingeniería genética Biofabrication, llegaba la noticia de la posibilidad de clonar tejidos humanos, totalmente funcionales, a través de una nueva impresora 3D.
Dirigidos por el profesor José Luís Jorcano, investigadores y científicos del Hospital General Universitario Gregorio Marañón, del CEIMAT y de la Universidad Carlos III de Madrid presentaron esta nueva impresora capaz de clonar piel humana a través de la superposición de dos capas: una que correspondería a la epidermis, con su estrato córneo, que protege del medio exterior, y una segunda capa más profunda y gruesa que correspondería a la dermis, integrada por fibroblastos productores de colágeno que es el responsable de la elasticidad de la piel y de la resistencia mecánica de la piel.
