En 1987 se dio a conocer la primera bioimpresora. Y un año después el Dr. Robert J. Klebe, de la Universidad de Texas, desarrolló la primera técnica de bioimpresión [1]. ¿Quién no sabe, por experiencia de un familiar o conocido, o al menos por haberlo visto en las películas, que existen largas listas de espera para conseguir un trasplante? ¿Quién ignora que no todos los órganos donados son compatibles con cada paciente? Desde que se produjera en España un primer transplante, que fue renal y tuvo lugar en 1965, se aguarda un salto cualitativo en este campo, que puede producirse muy pronto.
La impresión 3D de órganos es una tecnología médica que ha capturado la imaginación de la comunidad científica y del público en general. Es una técnica que permite imprimir órganos humanos utilizando materiales biocompatibles y células vivas. Esta técnica tiene el potencial de revolucionar la medicina, ya que podría salvar millones de vidas al proporcionar órganos de reemplazo para pacientes que necesitan trasplantes. La capacidad de imprimir estructuras complejas de tejidos vivos utilizando células y materiales biocompatibles ofrece la promesa de trasplantes de órganos más seguros y eficientes.
Entonces, ¿cómo puede ser que hayan pasado 40 años desde la primera bioimpresión y todavía no se haya conseguido imprimir órganos artificiales complejos funcionales? La respuesta es: porque no es tan fácil.
Realizar una bioimpresión de vasos capilares del tejido es prácticamente imposible hoy en día. El tamaño mínimo de impresión realizado ronda los 100 micrómetros y, sin embargo, necesitaríamos de un tamaño de impresión 100 veces menor para conseguir imprimir estos vasos capilares y conseguir darle el suficiente oxígeno y nutrientes [2]. Ahora bien, a pesar de lo dicho, se han llegado a realizar trasplantes con material bioimpreso. ¿Cómo es esto posible? La respuesta es que no todos los tejidos del cuerpo presentan el mismo grado de complejidad.
El primer ejemplo de trasplante con tejido bioimpreso fue de vejiga [3], y posteriormente se han realizado también, por ejemplo, trasplantes de piel. El último hito en este ámbito se produjo en 2022, cuando se implantó por primera vez una oreja impresa en 3D creada con las células humanas del propio paciente [4].
Estos ejemplos muestran el diferente grado de complejidad que presenta cada tejido. Las células de la oreja son más fáciles de imprimir porque están compuestas por capas. El tejido de la vejiga es más complejo, porque presenta estructuras huecas no tubulares. El siguiente hito aún no alcanzado es la impresión de órganos sólidos, tales como corazones, pulmones o riñones.
Pero, ¿cómo funciona una bioimpresora? En primer lugar, se deben extraer las células indicadas del tejido del propio paciente. Después se separan las células para replicarlas. Para ello se emplean en incubadoras y reactores, que les proporcionan suficientes nutrientes y oxígeno.
Un factor importante para lograr la impresión de estos tejidos en 3D son los materiales biocompatibles. Se requiere un material en forma de hidrogel, llamado biotinta, para encapsular las células y protegerlas de fuerzas externas. Estas biotintas además deben satisfacer ciertas características de viscosidad y resistencia mecánica. Por otra parte, los materiales biocompatibles también se utilizan para construir marcos poliméricos para crear estructuras 3D. Los más utilizados en la tecnología de bioimpresión 3D son los polímeros sintéticos y los polímeros naturales.
Existen diferentes técnicas de bioimpresión, según la clase de impresora que se emplee:
i) Las impresoras de microextrusión utilizan sistemas dispensadores neumáticos o mecánicos para extruir perlas continuas de material y/o células.
ii) Las impresoras térmicas de inyección calientan eléctricamente el cabezal de impresión para producir pulsos de presión de aire que fuerzan gotitas desde la boquilla, mientras que las impresoras acústicas utilizan pulsos formados por presión piezoeléctrica o ultrasónica.
iii) Las impresoras asistidas por láser utilizan láseres enfocados en un sustrato absorbente para generar presiones que propulsan materiales que contienen células sobre un sustrato colecto [5].
Dado que ya existe la posibilidad de tener una impresora 3D en casa, igual que se tiene una impresora para papel, ¿tendremos en un futuro próximo nuestras propias bioimpresoras domésticas? Estamos hablando de la posibilidad, por ejemplo, de tener un banco de nuestras propias células con el fin de poder usarlas para imprimir, en caso de necesidad, un tejido o un órgano que remplace a otro, que ha sido dañado.
En Zoocánica, al menos por ahora, no nos hemos adentrado en el campo de la bioimpresión de órganos internos, pero no estamos tan lejos. En el laboratorio BIVO, en Aguaviva, se desarrolla buena parte del trabajo de investigación sobre biotintas derivadas de tejidos vegetales. Estas biotintas permiten proyectar nuevos usos para residuos agrícolas y forestales, mediante los cuales podemos contribuir a la regeneración del tejido territorial al mismo tiempo que nos dotamos de herramientas y piezas complejas, auténticos órganos externos, desde cubiertos y utensilios básicos hasta conjuntos de piezas para ensamblar mecanos.
Referencias
[1] “Anthony Atala, el científico peruano que busca un lugar en la historia de la medicina con una impresora“, bbc.com, 17 de marzo del 2016, <https://www.bbc.com/mundo/noticias/2016/03/160315_atala_impresora_organos_am> [Última consulta: 09/03/2023, 10:36].
[2] “Bioimpresión en 3D, 6 órganos y proyectos impresos en 3D“, descubrearduino.com, <https://descubrearduino.com/bioimpresion-en-3d-6-organos-y-proyectos-impresos-en-3d/> [Última consulta: 09/03/2023, 10:38].
[3] “A new bladder made from my cells gave me my life back“, bbc.com, 11 de septiembre del 2018, <https://www.bbc.com/news/business-45470799> [Última consulta: 09/03/2023, 10:40].
[4] Alicia Marchante, “Realizan con éxito un trasplante de oreja bioimpresa en 3D”, 3Dnatives, 7 de Junio del 2022, <https://www.3dnatives.com/es/trasplante-oreja-bioimpresa-3d-070620222/> [Última consulta: 09/03/2023, 11:00].
[5] Para una ilustración clara de los tipos de bioimpresión aquí referidos, ver la Fig. 1 del artículo de C. Cleversey, et al. (2019). 3D printing breast tissue models: A review of past work and directions for future work. Micromachines, 10(8), 501. El tipo i) se corresponde con la Fig. 1.A; el tipo ii) se corresponde con la Fig. 1.B; y el tipo iii) se corresponde con la Fig. 1.C-D.
