La bioimpresión en 3D es el empleo de tecnología de impresión 3D para fabricar tejidos biológicos funcionales mediante la controlada disposición, capa a capa, siguiendo un preciso patrón tridimensional de biogeles integrados por distintos tipos de células, (bio)polímeros estructurales, y factores de crecimiento y otras biomoléculas. Pero la bioimpresión 3D es mucho más que eso. Es ciencia ficción (a punto de ser) materializada.
Es pasar de que haya una gran demanda de órganos para pacientes que esperan un trasplante, a poder producir a demanda órganos y tejidos de recambio para cualquier afectado. Órganos, además, fabricados a partir de células del propio paciente y que, por tanto, no presentan problemas de rechazo. Un escenario para el que los expertos establecen un plazo realista de unos 10 años, tiempo que estiman necesario para superar las dificultades y limitaciones que actualmente todavía plantea esta revolucionaria técnica.
Pero mientras se trabaja para alcanzar ese hito, los médicos e investigadores ya están comenzando a sacar provecho del enorme potencial de la bioimpresión 3D en otras áreas de la medicina como el estudio de patologías, el ensayo de nuevos fármacos y tratamientos, o la investigación contra el cáncer.
Un minicorazón que es la bomba
Una de las aplicaciones más inmediatas—tanto que, de hecho, ya se está practicando— y con mayor potencial es la bioimpresión de miniórganos y tejidos. Se trata de unidades funcionales miniaturizadas impresas en el interior de celdillas rellenas de un fluido que recrea las condiciones que se dan en el interior del organismo. Un procedimiento que permite imprimir colecciones de estos minitejidos en un mismo soporte para profundizar en el estudio de patologías, y para testar medicamentos y tratamientos de un modo mucho más rápido e inmediato que los ensayos clínicos tradicionales.
En esta línea de actuación, un grupo multidisciplinar de investigadores de la Universidad de Boston ha creado una réplica en miniatura de un ventrículo humano —una de las cuatro cámaras que integran el corazón, y la más implicada en el bombeo de la sangre—con capacidad para latir, mediante la bioimpresión de un armazón acrílico lo suficientemente rígido, y a la vez flexible, para sostener las capas de células cardiacas vivas depositadas sobre él, y soportar el latido cardíaco que generan. El miniPUMP, tal y como fue bautizado, ocupa una superficie de apenas 3cm2, poco más que un sello postal, y está comenzando a ser empleado para estudiar cómo crece y se desarrolla el corazón en el embrión; como le afectan diferentes patologías y, sobre todo, como sujeto de ensayo para estudiar la efectividad y efectos adversos de potenciales nuevos tratamientos.
Ver para creer
Posiblemente la mayor limitación pendiente de superar que a día de hoy plantea la bioimpresión 3D de órganos completamente funcionales es conseguir una correcta vascularización: tanto interna, que garantice el adecuado intercambio de nutrientes y productos de desecho; como externa, a la hora de ensamblarlo con los vasos sanguíneos del organismo e integrarlo en el sistema circulatorio. Una limitación que se minimiza en los tejidos muy poco vascularizados o avasculares (que carece de vasos sanguíneos), como los cartílagos o la córnea —la capa más externa del ojo—, lo que hace que sea en estos campos en los que más se ha avanzado.
Así, en 2021, investigadores de la Universidad de Stanford consiguieron imprimir córneas humanas en el laboratorio que actualmente se están ensayando como reemplazo en pacientes afectados de ceguera corneal.
Orejas de reemplazo
En la misma línea, otros órganos y tejidos que en la actualidad ya son viables son los tejidos cartilaginosos externos como la nariz y las orejas, atendiendo a su escasa vascularización y a la facilidad de ensamblarlo al organismo al ubicarse “fuera” del cuerpo. De hecho, en junio de 2022 se realizó el primer trasplante de una oreja bioimpresa en una mujer de 20 años afectada de microtia —un problema congénito que provoca que el pabellón auditivo apenas se desarrolle lo que merma la capacidad de audición—. La oreja fue creada a partir de una muestra de condrocitos —las células responsables de la formación del cartílago—tomada de la paciente, que fueron cultivadas para conseguir su replicación y disponer así del material de partida para la impresión del tejido. A continuación, fue implantado bajo la piel, donde se completó la regeneración del cartílago con la formación de un puente entre el implante y el tejido original.
Menisco espacial
Otra de las limitaciones que presenta la actual bioimpresión en 3D es conseguir que las capas de biogeles no colapsen bajo su propio peso en el momento de su inyección, antes de que puedan fusionarse y consolidarse. Para contrarrestar este debe, una posibilidad —la más habitual— es recurrir a la impresión del tejido sobre un armazón o esqueleto rígido, ya sea de naturaleza sintética o, en la medida de lo posible, constituido con biopolímeros del propio organismo. Pero otra posibilidad, menos explorada hasta ahora, es la bioimpresión en condiciones de microgravedad. Precisamente la opción por la que ha optado la compañía Redwire Space para imprimir un menisco humano de tamaño natural—un tejido cartilaginoso y por tanto prácticamente avascular de la articulación de la rodilla—. Y, para ello, ha apostado por fabricarlos en el laboratorio de la Estación Espacial Internacional. Una vez consolidado, el primer menisco bioimpreso fue devuelto a la Tierra para estudiar su funcionalidad y viabilidad como reemplazo de originales deteriorados.
La piel que habito
Como ya hemos visto, uno de los campos más avanzados en el empleo de la bioimpresión 3D es la medicina regenerativa, y en concreto la sustitución de tejidos o partes de tejidos externos dañadas o mutiladas. Dentro de esta línea de actuación, la compañía francesa Poietis creó en 2018 su primer modelo de piel humana bioimpresa, fabricada a partir de fibroblastos humanos embebidos en una matriz de colágeno y cubiertos por una capa de queratinocitos. En 2020 la compañía fue un paso más allá, instalando su primera plataforma de bioimpresión en un hospital para iniciar los ensayos clínicos de injertos en pacientes con quemaduras graves. Y en paralelo, la compañía sigue desarrollando modelos de piel cada vez más logrados. Estas réplicas de la piel han sido y son empleadas por compañías farmacéuticas y cosméticas para probar sus nuevos productos.
Tumores atrapados en celdillas
Otro campo de la medicina en el que la bioimpresión tiene un enorme potencial de aplicación es la investigación sobre el cáncer. La dificultad de encontrar tratamientos adecuados, así como la resistencia que presentan los tumores a los existentes, están vinculadas con su naturaleza celular heterogénea—es decir, que las células tumorales son y se comportan de forma distinta a las normales—. Por ello, estudiar la interacción entre células y de las células con su entorno es clave para entender cómo es su progresión. Esa es la razón por la que son tan relevantes logros como el anunciado hace escasas fechas por un equipo internacional de investigadores que ha conseguido crear por bioimpresión modelos in vitro de tumores de cáncer de pecho a partir de células tumorales y epiteliales humanas embebidas en una celdilla rellena de un biogel que reproduce el microambiente en el que se desarrollan estas células tumorales. Un éxito con el que sus responsables esperan descubrir qué factores favorecen su multiplicación y, con ello, desarrollar tratamientos más efectivos.
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