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Bioimpresión

¿Es la bioimpresión el futuro de la medicina a medida?

El nacimiento de la bioimpresión no tiene más de dos décadas y ya se proclama como el futuro de la medicina, pero ¿sabemos realmente qué es? ¿Por qué la relacionamos con la impresión 3D? ¿Cuáles son los logros hasta ahora de esos avances médicos? ¿O que beneficios reales tendremos tras su desarrollo?

Actualmente, muchas personas están en la lista de espera para recibir un trasplante de órganos, pero la demanda es mucho mayor que las posibilidades de obtener uno. En España hay 5.477 pacientes esperando, y aún no es posible alcanzar esa cifra. El año pasado, 4.818 personas tuvieron trasplantes exitosos de 2,018 donantes, dejando a cientos de personas sin la oportunidad de recibir un órgano.

La bioimpresión es el sector que más crecimiento ha tenido dentro de la impresión 3D

Existe una solución posible a este problema: la bioimpresión, que es el proceso de creación de estructuras celulares gracias al uso de una impresora 3D especializada, esto permite el futuro desarrollo de estas células en un órgano funcional. Al igual que cualquier otra tecnología de impresión 3D, la creación de capas de células se logra utilizando tecnologías de fabricación aditiva con el fin de obtener complejos patrones multicelulares.

La bioimpresión es uno de los desarrollos de la industria 3D que más crecimiento e innovaciones ha tenido en los últimos años, hasta ahora el mercado se ha centrado principalmente en Norteamérica, pero hay muchas empresas y universidades en el mundo que están trabajando en este campo. Una de las grandes posibilidades de esta tecnología, y que esperan conseguir todos los grandes actores de la industria, es el desarrollo de órganos impresos en 3D creados a partir de las células del paciente, lo que aumentaría considerablemente el éxito de cualquier trasplante. Hasta la fecha, ya es una posibilidad poder crear tejidos vivos, algo que ha sido sumamente atractivo para la industria cosmética  y que está terminando con las pruebas en animales.

Principales actores del mercado de la bioimpresión (click para hacer más grande)

Un poco de historia

El primer desarrollo de la bioimpresión se remonta a 1988 cuando el Dr. Robert J. Klebe de la Universidad de Texas presentó su proceso de Cytoscribing, un método de microposicionamiento celular para construir tejidos sintéticos de dos y tres dimensiones utilizando una impresora de inyección de tinta común. Siguiendo los desarrollos de Klebe, en 2002 el profesor Anthony Atala de Wake Forest University creó el primer riñón a pequeña escala utilizando una técnica de bioimpresión. En 2010 llegó Organovo, el primer laboratorio comercial relacionado con la industria, desde sus inicios esta empresa comenzó a trabajar con Invetech, para desarrollar una de las primeras bioimpresoras del mercado, la NovoGen MMX. Desde entonces, Organovo se ha posicionado como el líder de la industria, y según varios estudios todo parece indicar que lo seguirá siendo hasta 2022. Sólo en los últimos años ha anunciado que ha comenzado el desarrollo del tejido óseo y ha logrado crear tejido hepático transplantable.

Profesor Anthony Atala y el primer órgano impreso en 3D

Aunque se hayan conseguido grandes avances dentro de la industria, no es necesario ser experto para darnos cuenta que la industria aún está dando sus primeros pasos, conseguir imprimir órganos humanos funcionales no es una tarea fácil. Actualmente han conseguido desarrollar 5 principales técnicas de bioimpresión con diferentes posibilidades:

Bioimpresión de inyección de tinta

Esta tecnología se basa en el proceso común de impresión por inyección de tinta. Actualmente, las impresoras 3D con tecnología FDM se modifican para lograr el mismo proceso desde una perspectiva biológica. Consiste en un proceso en el que se depositan capas de biotintas (también llamados biomateriales) capa a capa sobre un sustrato de hidrogel o placas de cultivo. Esta tecnología puede clasificarse en dos métodos principales: térmicos y piezoeléctricos.

La tecnología térmica utiliza un sistema de calefacción que crea burbujas de aire, se derrumban y proporcionan presión para expulsar las gotas de biotinta, en contraste, la tecnología piezoeléctrica, no utiliza calor para crear la presión necesaria, utiliza la carga eléctrica que se acumula en un material sólido, en este caso una cerámica piezoeléctrica policristalina que está en cada boquilla de impresión. Sin embargo, esta última tecnología puede causar daños a la membrana celular si se utiliza con demasiada frecuencia.

Organovo, el primer laboratorio comercial de bioimpresión

Los científicos han hecho grandes avances en el patrón de moléculas, células y órganos con la impresión de inyección de tinta. Moléculas como el ADN se han duplicado con éxito, lo que facilita el estudio de los problemas de cáncer y su tratamiento. Células que ayudan al cáncer de mama también puede ser impresas y conservar sus funciones, con buenas perspectivas para la creación de estructuras de tejidos vivos.

Organovo utiliza la impresión por inyección de tinta para crear tejidos humanos funcionales. Específicamente, están interesados ​​en reproducir tejido del hígado humano. Lo que Organovo intenta hacer es repare alguna parte dañada del hígado del paciente mediante la implantación del tejido, esta solución prolongaría la vida del órgano hasta que el paciente sea elegible para un trasplante.

Bioimpresión por extrusión

Se basa en la extrusión para crear patrones 3D y construcciones celulares. Los biomateriales utilizados para la impresión son usualmente soluciones que se extruyen coordinando el movimiento de un pistón a base de presión o de una microaguja sobre un sustrato estacionario. Después de la aplicación capa por capa se completan los patrones 3D, y tendremos una construcción. Las ventajas de esta tecnología incluyen el procesamiento de temperatura ambiente, la incorporación directa de células y la distribución celular homogénea. Algunas de las bioimpresoras más populares de mercado utilizan esta técnica, porque se considera una evolución de la inyección de tinta, como la Bioplotter de EnvisionTec.

Bioimpresión asistida por láser

Utiliza como fuente de energía un láser para depositar los biomateriales en un receptor (sustancia). La técnica consta de tres partes: una fuente láser, una cinta recubierta con materiales biológicos que se depositan sobre una película y un receptor. Los rayos láser irradian la cinta, haciendo que los materiales biológicos líquidos se evaporen y lleguen al receptor en forma de gotas, éste contiene un biopolímero que mantiene la adhesión celular y ayuda a las células a comenzar a crecer. En comparación con otras tecnologías, la bioimpresión asistida por láser tiene ventajas únicas, incluyendo un proceso libre de boquillas, libre de contacto, impresión celular de alta actividad y alta resolución, control de gotitas de biointinta y características de impresión precisas.

El líder francés en bioimpresión, Poietis, ha puesto en marcha un programa de reproducción capilar en colaboración con L’Oréal. La empresa utiliza la tecnología de bioimpresión asistida por láser, que le permite depositar células en una geometría particular. Al trabajar con la marca de cosméticos, se beneficia de su know-how en el campo de la biología del cabello. Ahora la compañía está tratando de recrear un folículo piloso que podría resultar ser una solución eficaz para hacer crecer el cabello y una alternativa para hombres y mujeres que padecen problemas de alopecia.

Poietis desarrolla con ayuda de la bioimpresión folículos pilosos para acabar con la alopecia

Estereolitografía

La tecnología SLA consiste en la solidificación de un fotopolímero a través de la iluminación y tiene la mayor precisión de las tecnologías de fabricación aditiva. Esta puede ser aplicada en bioimpresión imprimiendo con hidrogeles sensibles a la luz. Esta tecnología está todavía en desarrollo, ya que además de las ventajas de la misma, se relacionan con numerosas restricciones, como la falta de polímeros biocompatibles y biodegradables, los efectos nocivos y la imposibilidad de eliminar la estructura portante.

Bioimpresión por ondas acústicas

Este método fue desarrollado por la Universidad Carnegie Mellon, la Universidad Estatal de Pensilvania y el MIT, utiliza algo que es llamado pinzas acústicas, un dispositivo microfluídico donde se pueden manipular células o partículas individuales, y el uso de ondas acústicas superficiales. Las ondas se encontrarían a lo largo de cada uno de los tres ejes. En estos puntos de encuentro, las ondas formaran un nodo de captura tridimensional. Las células individuales o los conjuntos completos de ellas se recogen para poder crear patrones 2D y más tarde en 3D. Esta técnica ofrece una actuación en términos de movimientos precisos de una manera no invasiva.

Tejido bioimpreso

Podemos ver más y más desarrollos asociados con estas tecnologías, nuevas aplicaciones o técnicas. Cada día hay novedades asociadas a estos temas como el ovario funcional creado hace unos meses por la Universidad de Illinois o que ahora los investigadores españoles son capaces de desarrollar piel humana que puede ser implantable, lo sorprendente es que esto solo está comenzando… pero solo hemos hablado de un lado de la moneda, por el otro tenemos posibilidades que no necesariamente consideramos positivas.

Problemas futuros y éticos de la bioimpresión

Las técnicas de bioimpresión buscan desarrollar la llamada “medicina personalizada”, donde los médicos serán capaces de adaptar los tratamientos según las necesidades de cada paciente, una preocupación importante dentro de la industria son los costos que esta idea puede plantear y quién podría tener acceso a estas ventajas. Otro problema ético relacionado, es que todavía no es posible probar la eficacia y la seguridad de los tratamientos. Después de analizar las diferentes técnicas utilizadas, conocemos la posibilidad futura de desarrollar órganos funcionales que puedan sustituir a un órgano humano, pero aún no es posible conocer la seguridad del paciente, si su cuerpo aceptará el nuevo tejido u órgano creado artificialmente. A todo esto, añadimos las regulaciones legales que deben ser creadas antes de que estos desarrollos estén disponibles para un público más amplio.

Y aunque suene un poco a una película de ciencia ficción, las nuevas tecnologías también se pueden utilizar incorrectamente, y la bioimpresión no es la excepción. Si las tecnologías son capaces de desarrollar órganos o tejidos a medida, también existe la posibilidad de desarrollar nuevas capacidades humanas, huesos o pulmones más resistentes que oxigenan de manera diferente. Algo que puede sonar muy atractivo para algunas industrias como la militar, que es igualmente uno de los principales inversores de la industria 3D.

En 2015, el mercado de la bioimpresión se valoró en 100 billones de dólares, y espera crecer un 35,9% entre 2017 y 2022, superando con creces a muchos de los mercados relacionados con la impresión 3D. Se espera que los principales actores continúen en Norteamérica, siendo Estados Unidos el líder del sector, en Europa serán Reino Unido y Alemania. El crecimiento del mercado se centrará principalmente en el desarrollo de tejidos y órganos, en los próximos años. Con todos estos hechos y el desarrollo médico que se realiza hoy en día, no exageramos al decir que en una década será muy posible hablar de órganos humanos impresos en 3D y su trasplante éxitoso, sin duda una de las mayores revoluciones médicas de la historia y algo que reafirma que la impresión 3D es la Cuarta Revolución Industrial.

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Sobre lucia

Comunicadora audiovisual y diseñadora. Master en Dirección de arte (CICE) y Diplomado en Diseño y Comunicación Multimedia (TAI). Motivada por los nuevos retos, especialmente en el campo de la comunicación. En constante descubrimiento de las innovaciones en impresión 3D. Enamorada del cine y el buen diseño.