Proyectos de bioimpresión: órganos y tejidos impresos en 3D

La bioimpresión es un método de fabricación de estructuras celulares a partir de biotintas cargadas con células madre: capa a capa, el biomaterial se deposita para crear piel, tejido o incluso un órgano. Imagina un corazón, una oreja, un pulmón o un riñón impresos en 3D, hechos a medida con las propias células del paciente. ¡Qué gran avance para el sector médico! Todavía es un poco pronto para contar con órganos bioimpresos que sean viables y duraderos en el tiempo, y ese es el reto al que se enfrentan nuestros investigadores. Sin embargo, los avances son rápidos y, a largo plazo, la bioimpresión podría permitir hacer frente a la falta de donantes de órganos o, simplemente, comprender mejor ciertas patologías. A continuación os seleccionamos a los principales proyectos de bioimpresión del mundo, ya sean tejidos, órganos o partes del cuerpo impresos en 3D.

Un mini corazón bioimpreso en 3D

Un equipo de investigación de la Universidad de Boston ha utilizado la tecnología de impresión 3D para desarrollar una réplica en miniatura de un corazón humano. El dispositivo se creó utilizando una combinación de células cardiacas derivadas de células madre humanas y piezas acrílicas impresas en 3D a microescala. Se trata de una bomba cardiaca unidireccional miniaturizada de precisión, también conocida como miniPUMP. La increíble característica de la miniPUMP es que puede latir por sí sola, igual que un corazón humano, gracias a su tejido vivo. Los investigadores quieren utilizar esta réplica de la cámara del corazón para estudiar cómo funciona el corazón en el cuerpo humano. El dispositivo podría utilizarse, por ejemplo, para comprender mejor cómo crece el corazón en un embrión, cómo se ve afectado el tejido cardíaco por enfermedades o la eficacia de los nuevos fármacos para tratarlas. Una verdadera revolución que podría evitar la necesidad de realizar pruebas en humanos en el futuro.

Izquierda: réplica a gran escala del andamiaje impreso en 3D que sostiene el tejido cardíaco. (Créditos: de Christos Michas). Derecha: Una imagen en vista lateral de la miniPOMP tomada en el laboratorio. (Créditos de la foto: Jackie Ricciardi).

Una solución impresa en 3D para la insuficiencia renal 

Descubrimos otro excelente ejemplo de bioimpresión en relación con los riñones. La insuficiencia renal es una enfermedad que afecta a muchas personas en todo el mundo, pero no hay muchas opciones de tratamiento. Por este motivo, la empresa Trestle Biotherapeutics ha estado trabajando en el desarrollo de tejido que puede implantarse en pacientes con enfermedad renal terminal. En concreto, se trata de tejido renal funcional, destinado a sustituir y complementar las funciones renales y también complementar las funciones renales pérdidas anteriormente. Según Trestle Biotherapeutics, esta nueva terapia funciona integrando la biología de las células madre con la bioimpresión en 3D. El objetivo del equipo Trestle no es sólo aliviar a los pacientes del tratamiento de diálisis y dar más tiempo hasta el trasplante, sino también utilizar este tejido renal bio impreso como órgano de sustitución que funcione en el futuro.

Créditos: Trestle Biotherapeutics.

Bioimpresión 3D de una córnea

Al año, más de 1,5 millones de personas sufren problemas de córnea que pueden llegar a causar ceguera. Para dar solución a esto, un grupo de investigación en Hyderabad, India, ha completado con éxito el  desarrollo de la primera córnea bioimpresa en 3D. El tejido en sí ha sido fabricado a partir de una biotinta obtenida de tejido corneal humano y sin necesidad de agregar ningún otro elemento artificial o sintético. Los encargados de la iniciativa aseguran que, por cada córnea humana donada, se pueden imprimir en 3D tres nuevas   córneas. Estos avances en el campo de la oftalmología ayudarán a tratar enfermedades  como la cicatrización corneal y el queratocono. El proyecto ha sido probado en conejos y, aunque aún queda tiempo hasta que se pueda utilizar en  humanos, los  resultados han sido exitosos y muy prometedores.

Créditos: IANS Photo

Bioimpresión 3D de un ovario

La salud de la mujer es un campo de la medicina que a menudo se considera poco investigado. muchas afecciones que no se conocen bien en la actualidad. Sin embargo, la bioimpresión en 3D de partes del aparato reproductor podría ayudar a los científicos a comprender mejor el comportamiento celular y, a su vez, diversas enfermedades. En 2022, un grupo de científicos del Hospital Tongi de China desarrolló un ovario artificial impreso en 3D utilizando células de ratón y gelatina metacriloilo (GelMA), un hidrogel habitual en bioingeniería. Descubrieron que este hidrogel era una opción viable para la bioimpresión 3D. Los resultados sugirieron que no era adecuado para células ováricas primarias (es decir, células ováricas extraídas directamente del tejido). Sin embargo, era adecuado para el crecimiento in vitro de folículos ováricos (es decir, un grupo de células que contienen un óvulo inmaduro y otras células). Según los investigadores, sus resultados podrían aplicarse clínicamente en el tratamiento de enfermedades endocrinas y reproductivas femeninas.

En un proyecto similar de la Universidad Northwestern, los científicos cultivaron un óvulo de ratón en un ovario bioprotésico. (Créditos de la foto: Northwestern University)

Un mini hígado en 90 días

Investigadores de la Universidad de São Paulo, en Brasil, lograron crear versiones en miniatura de un hígado humano a raíz de células sanguíneas. El proceso llevó tan solo 90 días, desde la recolección de la sangre del paciente, hasta la producción del tejido. Estos organoides hepáticos desarrollados gracias a las tecnologías de bioimpresión en 3D, integran las funcionalidades del órgano en cuestión. Entre ellas, destacan la producción de proteínas vitales, el almacenamiento de vitaminas y la secreción de bilis. Para fabricar aditivamente el tejido hepático, el equipo utilizó la bioimpresora Inkredible, comercializada por el fabricante Cellink, uno de los más reconocidos de la industria.

El mini hígado fue bioimpreso en 90 días | Créditos: Agência FAPESP

Bioimpresión 3D de una oreja

Una joven estadounidense que padecía microtia fue trasplantada con éxito con un implante de oreja impreso en 3D en Estados Unidos. Es una anomalía congénita que impide el desarrollo del oído externo. El implante fue fabricado por 3DBio Therapeutics a partir de hidrogel de colágeno y células de cartílago del paciente. Las células, responsables de la formación del cartílago, se curan en una mezcla patentada de nutrientes, se multiplican como resultado y luego se mezclan con una tinta biológica. En 10 minutos una oreja se puede crear para los pacientes. Tras el proceso de impresión, la oreja se envía con una funda protectora al cirujano, que a continuación realiza el trasplante. A diferencia del método convencional de tratamiento, en el que se fabrica una prótesis de cartílago costal, este tratamiento es menos costoso. El Profesor Anthony Atala, Director del Instituto Wake Forest de Medicina Regenerativa, destaca la importancia de este proyecto: «Se trata de un avance importante para el campo de la medicina regenerativa. La impresión 3D pretende ofrecer una serie de ventajas frente a los tejidos de ingeniería hechos a mano, como el escalado, una mayor precisión en el diseño y una disminución de los costes.»

Créditos foto: 3DBio Therapeutics

Un páncreas bioimpreso para combatir la diabetes

El páncreas desempeña un papel bastante importante en el organismo ya que produce insulina. Por ello, su mal funcionamiento puede tener graves consecuencias como la diabetes. Dado que esta enfermedad afecta a más de 463 millones de personas en todo el mundo, cada vez es más importante encontrar soluciones más permanentes y eficaces para curarla, y la impresión 3D podría desempeñar un papel esencial. Un ejemplo de ello lo vemos con la empresa polaca Polbioionica. Un spin out de un equipo multidisciplinar de científicos de la Fundación para la Investigación y el Desarrollo de la Ciencia, que fue el primero en utilizar la bioimpresión para fabricar un páncreas biónico allá por marzo de 2019, se dedica a crear estos órganos totalmente funcionales a partir de biotintas patentadas e islotes pancreáticos así como de células madre del propio paciente. Esperan que la solución a medida no solo proporcione órganos en todo el mundo, sino que pueda prevenir complicaciones derivadas de la diabetes y reducir los gastos sanitarios.

Créditos de las fotos: Fundacja Badań i Rozwoju Nauki

Poietis y su proyecto de piel bioimpresa en 3D

Poietis es una empresa francesa especializada en soluciones de bioimpresión. Diseña y comercializa una gama de bioimpresoras 3D llamada Bioimpresión de Próxima Generación. La empresa es especialmente reconocida por su labor de investigación sobre la piel. Poietis presenta el Poieskin, un modelo de piel humana de espesor total fabricado íntegramente mediante bioimpresión 3D. En concreto, consta de compartimento dérmico, una de las tres capas de la piel entre la epidermis entre la epidermis y la hipodermis, compuesta por fibroblastos, células de la células de la dermis, incrustadas en colágeno de tipo 1 y recubiertas por una epidermis epidermis dispuesta en capas superpuestas que da lugar a un 3D. Esta piel bioimpresa en 3D podría ser utilizada por cualquier persona que haya sufrido quemaduras graves, cáncer u otros accidentes. Según Poietis, la alta precisión y resolución de su bioimpresora 3D permite la fabricación controlada de estructuras celulares 3D controladas y modelos reproducibles de tejido cutáneo. También pudo realizar su primer ensayo clínico con su bioimpresora 3D. También ha instalado la plataforma Next Generation Bioprinting en un hospital para fabricar tejido biológico implantable.

Créditos: Poietis

La primera reconstrucción de nariz impresa en 3D

Hay muchas razones por las que un paciente puede quedar desfigurado, especialmente si padece enfermedades que requieren cirugía. Y aunque, por supuesto, tratar la enfermedad es lo más importante, puede resultar difícil para el paciente cambiar repentinamente de aspecto. Por suerte, la bioimpresión también puede resolver este problema. En un caso del Instituto Universitario del Cáncer de Toulouse y CERHUM, una paciente que había perdido gran parte de la nariz y del paladar durante el tratamiento de un cáncer de cavidad nasal, se le hizo crecer su propia nariz, lo que permitió una reconstrucción completa, realizada por la Dra. Agnes Dupret-Bories y el Dr. Benjamin Vairel. El proceso consistió en varios pasos, empezando por un biomaterial impreso en 3D que se implantó bajo la piel del antebrazo del paciente y el proceso de crecimiento de vasos sanguíneos en un tejido. Al cabo de dos meses, se completó la colonización del trasplantado a la zona nasal y revascularizado con éxito. De este modo, la paciente tuvo una nariz completamente operativa, hecha con sus propias células.

Créditos de las fotos: CERHUM/Hospital Universitario de Toulouse.

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