¿Qué es la bioimpresión?

Ha habido mucho interés en la prensa sobre el concepto de utilizar la impresión 3D para crear tejidos vivos, en particular órganos trasplantables. Pero, ¿cómo funciona realmente esta nueva tecnología, llamada "bioimpresión"?

En términos simples, la bioimpresión es la práctica de utilizar la tecnología de impresión 3D para generar estructuras de células orgánicas en lugar de piezas de plástico o metal. Esto permite imprimir tejido funcional, que luego se puede utilizar en investigación médica o con fines de trasplante. A largo plazo, a medida que la tecnología evolucione, podría usarse para imprimir órganos funcionales, basados ​​en las propias células de los pacientes trasplantados para eliminar potencialmente el riesgo de rechazo de órganos.

Al igual que la impresión 3D "convencional", la bioimpresión funciona construyendo estructuras capa por capa en una cama de impresión. Sin embargo, como el proceso implica trabajar con tejidos vivos en lugar de metales y plásticos, es fundamentalmente diferente en varios aspectos. Veámoslo en detalle ...

¿Cómo funciona?

Todos los proyectos de bioimpresión comienzan con un modelo 3D de la pieza que se necesita crear. Esto se puede generar a través de una tomografía computarizada o una resonancia magnética de una parte del cuerpo real, o puede crearse desde cero mediante un modelado 3D. Luego, el modelo debe traducirse a una forma que pueda bioimprimirse con éxito, lo que significa que se debe establecer la arquitectura del tejido. Por lo tanto, las células adecuadas se aíslan y capturan (del tejido original, si es posible) en una solución especial que las mantendrá vivas y oxigenadas, listas para la impresión. Estas soluciones imprimibles se conocen como "bioenlaces". Dado que la regeneración de tejidos requiere el uso de "andamios" (los soportes físicos necesarios para que las células crezcan), normalmente se necesitarán varias tintas de este tipo para un proyecto de bioimpresión, lo que hace que las impresoras de múltiples materiales sean una necesidad. Estos andamios podrían considerarse la contraparte de las estructuras de soporte de la impresión 3D convencional.

Se pueden utilizar varias tecnologías diferentes para convertir estos bioenlaces en tejidos vivos. Las primeras técnicas de bioimpresión utilizaban un enfoque de estilo de inyección de tinta (más sobre esto más adelante), pero también se han utilizado con éxito las impresoras basadas en extrusión y estereolitografía. Independientemente de la tecnología utilizada, el proceso de impresión debería ser familiar para cualquier profesional de AM:la impresora acumula capas de los materiales elegidos en la plataforma de impresión hasta que todo el modelo 3D ha cobrado vida.

Finalmente, una vez que se completa la impresión, se requiere un procesamiento posterior para mantener la integridad del tejido, ya que las celdas recién impresas no se conectarán de inmediato como lo harían con el plástico o el metal impresos. Por lo general, esto implica simulaciones mecánicas o químicas que desencadenan la remodelación y el crecimiento del tejido. Un ejemplo más sofisticado de esto implica el uso de "biorreactores" para estimular el crecimiento y la vascularización (es decir, el desarrollo de vasos sanguíneos) de los tejidos.

El siguiente video proporciona una buena descripción general del proceso de bioimpresión:

Pioneros y líderes de la industria de la bioimpresión

Las impresoras 3D diseñadas para imprimir tejidos de esta manera se denominan comúnmente "bioimpresoras". La primera bioimpresora en funcionamiento fue presentada por el profesor Makoto Nakamura de la Universidad de Toyama, quien mostró sus capacidades imprimiendo un tubo biológico, similar a un vaso sanguíneo. Como se mencionó anteriormente, esto utilizó un enfoque de impresión basado en inyección de tinta (de hecho, ¡el primer prototipo se basó en una impresora Epson modificada!). Desde entonces, el profesor Nakamura ha continuado su investigación sobre las posibles aplicaciones de la bioimpresión.

Organovo es otro líder en el campo de la bioimpresión y ha trabajado con su empresa asociada, Invetech, para ofrecer una bioimpresora comercial viable:la NovoGen MMX. El enfoque de Organovo para imprimir tejidos implica una impresora de múltiples cabezales especialmente diseñada, con cabezales de impresión separados para células cardíacas, células endoteliales y un "biopapel" de colágeno que actúa como andamio.

La tecnología también ha llamado la atención del ejército estadounidense, que ha invertido en la investigación de si la bioimpresión podría usarse para tratar a los soldados heridos. El Instituto de Medicina Regenerativa de las Fuerzas Armadas (AFIRM) se estableció en 2008 para liderar el camino en esta área, con universidades, investigadores y científicos militares trabajando juntos como parte de un acuerdo de cooperación.

En Alemania, el Instituto Fraunhofer está llevando a cabo una investigación en curso sobre la impresión de órganos completos, tanto con fines de trasplante como para eliminar la necesidad de pruebas con animales en entornos de investigación. En particular, sus investigadores han logrado avances considerables en la vascularización del tejido bioimpreso, trabajando en estrecha colaboración con el proyecto ArtiVasc 3D para crear vasos sanguíneos impresos en 3D que proporcionarán nutrición a los tejidos de la misma manera que un cuerpo vivo.

Al igual que otras tecnologías de impresión 3D, la bioimpresión ya tiene sus propios especialistas en materiales, que se centran en el desarrollo de bioenlaces sofisticados. Cellink de Suecia, por ejemplo, se ha establecido rápidamente como líder de la industria en este sentido al ofrecer una amplia gama de bioenlaces de creación propia, junto con la tecnología necesaria para hacer uso de ellos.

¿Qué sigue?

Si bien los beneficios potenciales que puede ofrecer la bioimpresión ciertamente han capturado la imaginación del público, al igual que con cualquier nueva tecnología, llevará tiempo madurar y establecerse. Esperaríamos que la bioimpresión siga un camino similar al tomado por la naciente industria de fabricación de aditivos. A medida que la tecnología se emplea cada vez más en entornos del "mundo real", los primeros éxitos le ayudarán a establecer sus nichos ideales. En ese punto, el enfoque cambiará a establecer los procesos y herramientas complementarias que optimizarán su desempeño.

En ese momento, los científicos, médicos y pacientes (junto con otras industrias donde la bioimpresión aún tiene que revelar sus aplicaciones potenciales) comenzarán a ver el beneficio total de la tecnología. Sin duda, el viaje será largo y complejo, pero esperamos que los beneficios sean enormes.