Bioimpresión 3D

La bioimpresión celular 3D es una tecnología de vanguardia que usa la tecnología de fabricación aditiva de la impresión 3D. Gracias a ese conjunto, se pueden crear tejidos vivos como vasos sanguíneos, huesos, cartílagos o piel mediante la adición capa a capa de un material sin la necesidad de molde.

El material que se utiliza no son filamentos o resinas, sino un componente denominado como BIOTINTA o Biomateriales. Estas Biotintas, elaboradas con células vivas, un material estructural y factores de crecimiento combinadas con hidrogeles. Son cargados en los inyectores de la bioimpresora y  permite mimetizar la arquitectura del tejido celular de interés.

Los principales componentes son: las células vivas representativas del tejido a imprimir; los biomateriales para la generación de la estructuras o andamiajes, entre otros colágeno, gelatina ó hidrogeles a base de ácido hialurónico o polietilenglicol, componentes para el mantenimiento celular, así como otros compuestos ó moléculas que permita la solidificación ó con capacidad de reticular.

Metales


Presentan alta resistencia mecánica, similar a la del hueso, desarrollándose sobre todo para regeneración de tejido óseo. Se han usado aleaciones cromo-cobalto, titanio, nitinol y aceros inoxidables.

Cerámicos


Han sido utilizados para la impresión 3D de andamios gracias a su gran resistencia a la compresión y biocompatibilidad; siendo también capaces de generar andamios para regeneración ósea. Se han estudiado andamios impresos con hidroxiapatita (naturalmente presente en el hueso) e hidroxiapatita más trifosfato de calcio para regenerar hueso.

Polímeros


Varios polímeros sintéticos, naturales e híbridos se usan para fabricar andamios biomédicos 3D porosos, incluyendo poli(etilenglicol) diacrilato y metacrilato de gelatina natural, empleados para fabricar hidrogeles. Los hidrogeles poseen propiedades mecánicas ajustables, son biocompatibles y tienen la capacidad mantener su estructura 3D al ser hidratados.

Algunas técnicas de bioimpresión son:

Por extrusión


Se produce mediante la extrusión de biomateriales para la creación de patrones 3D y construcción de células. Esta técnica presenta ventajas como el control de la temperatura.

Asistida por láser


Se basa en la utilización de un láser para colocar biomateriales sobre un material específico. Alguna de las ventajas que tiene esta impresión es la precisión y la falta de contacto, lo que resulta de vital importancia para no contaminar el resultado.

Por ondas acústicas


 Esta técnica puede ser utilizada para el manejo celular, con ventajas como la precisión no intrusiva.

SWIFT


Permite la posibilidad de imprimir vasos sanguíneos para el soporte de órganos que han sido construidos con células OBB, o en su defecto con alto porcentaje de estas. Algunas de las ventajas de esta técnica es la ampliación del tiempo de vida celular.

Qué se ha logrado

El primer ovario funcional

En 2016, un equipo de científicos de la Universidad de Northwestern anunció que logró imprimir en 3D e implementar el primer ovario funcional en un ratón. Gracias a la bioimpresión, se pudo crear una estructura similar a un ovario con la capacidad para formar ovocitos, o células reproductivas femeninas.

Para su creación utilizaron un material biológico derivado del colágeno, lo cual permite que el ovario cuente con vasos sanguíneo y finalmente sea capaz de desarrollar la ovulación.

Para probar su desarrollo las prótesis de ovarios impresas fueron implantados en ratones a los cuales se les había retirado un ovario anteriormente. Después del procedimiento, los ratones recuperaron la ovulación normal e incluso podrían dar a luz a crías.

Los resultados del proyecto ofrecen una forma para el tratamiento para la infertilidad femenina, está dirigido principalmente a las niñas que han atravesado cáncer infantil y por los tratamientos de quimioterapia han perdido alguna capacidad en su sistema reproductor.

Aplicaciones en Farmacéutica y Alimentos

Además de la medicina, otra área beneficiada ha sido la farmacéutica, ya que gracias a la bioimpresión se han estudiando mecanismos de acción de determinadas patologías para identificar nuevos posibles fármacos. Dentro del sector dermocosmético, la bioimpresión es utilizada para crear piel y estudiar el efecto de determinados compuestos o fórmulas.

Otro sector de aplicación es el alimentario, bien para el desarrollo de ingredientes y productos con efecto funcional, ya que esta tecnología permite crear modelos in vitro más precisos de aquellas funciones fisiológicas de interés, así como para la fabricación de carne in vitro, una de las alternativas tecnológicas más relevantes para el abastecimiento sostenible de proteínas. La bioimpresión 3D permite crear los andamiajes sobre los que se deposita la células de tejido muscular para su posterior cultivo en biorreactor, apunta Lidia Tomás.

La Bioimpresión 3D en México

Aunque la mayoría de los avances e implementaciones han sido en Estados Unidos y Europa, la bioimpresión 3D ha tocado Latinoamérica, y uno de los países donde se tiene un mayor avance es México. Dentro del laboratorio del Instituto de Ingeniería y Tecnología de la Universidad Autónoma de Ciudad Juárez,  En el área de la ingeniería biomédica intenta imprimir tejidos, e incluso órganos, para hacer frente a diversas patologías. Fundamentalmente, aquellas en las cuales se necesite regenerar tejidos o demanden un trasplante.

La intención de obtener el equipo fue para regenerar tejido cardíaco y cartílago artificial en un término de tres años”

Según un estudio realizado en International Journal of Bioprinting en 2019, México ocupa el segundo lugar en Latinoamérica en cuanto a número de artículos publicados en el área. En ese sentido sigue a Brasil, y contribuye al desarrollo en una región cuyo aporte en el escenario global es aún modesto. Menos del 3% de los trabajos publicados provienen de América Latina y ningún país latinoamericano ha registrado todavía alguna patente.

El Rol de Latinoamérica para el avance dentro de la biomedicina y la bioimpresión 3D cada vez tiene un panorama más amplio. Latinoamérica cuenta con investigadores entrenados en el desarrollo de cultivos celulares y una creciente disponibilidad de la citada tecnología en los laboratorios. Si a eso se le suma financiación pública o privada para proyectos de investigación, el panorama puede ser alentador. Algunos especialistas coinciden que los próximos 5 años serán vitales y México parece haber tomado nota de ello.

Bioimpresión de tumores

Otro de los tópicos de investigación de este equipo tiene que ver con recrear in vitro lo que ocurre en un tejido tumoral. Un tumor maligno es una compleja estructura tridimensional que establece interacciones con tejidos que lo rodean.

En ciertos cánceres dar con un conocimiento más profundo acerca de la fisiopatología o con tratamientos más efectivos ha sido particularmente desafiante. Los expertos creen que se debe en parte a que los sistemas de abordaje 2D tradicionales no permiten reflejar la complejidad de una neoplasia. Algo que en el laboratorio podría lograrse gracias a la bioimpresión 3D de tejidos tumorales a partir de células cancerosas y la incorporación posterior de esa estructura en un dispositivo microfluido similar a un chip. Esta herramienta, conocida como “tumor en un chip”, existe y es motivo de investigación en diversas partes del mundo. Brinda una visión más dinámica de la patología neoplásica y permite proyectar mejores diagnósticos y tratamientos para los pacientes.

La bioimpresión 3D cada vez va teniendo más fuerza, principalmente por la alta demanda que se ha tenido en los últimos años por la falta de donadores de órganos. Gracias a los avances, al día de hoy podemos experimentar y realizar investigaciones con el fin de crear de varios de estos órganos, encontrar la cura a diversas enfermedades y descubrir nuevas formas de alimentarnos o de testear productos dermatológicos. Con ello, vemos poco a poco cómo se va ampliando un nuevo panorama y se tiene una gran expectativa con la impresión 3D en este sector.

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Referencias usadas para este blog


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