¿Qué es la Bioimpresión 3D y cuáles son sus usos?

En 1984, Charles W. Hull, el cofundador de 3D Systems, inventó el proceso de imágenes sólidas denominado estereolitografía, conocido más popularmente como impresión 3D. Este sistema de impresión supuso un avance muy importante de la tecnología de fabricación por adición, puesto que un objeto tridimensional era creado mediante la superposición de capas sucesivas de material, de forma rápida, sencilla y más económica que otras tecnologías.

Además este sistema, con sus cualidades intrínsecas, ha permitido que se puedan imprimir distintos componentes fabricados de materiales diferentes que luego pueden ser ensamblados de forma sencilla para componer el producto final. Esto se traduce en la posibilidad de crear un objeto personalizado que puede servir de prototipo para una idea futura, sin necesidad de invertir grandes cantidades de dinero inicialmente. 

Así pues, las ilimitadas ventajas que supuso este sistema de impresión, han sido las que han propiciado sus variados campos de aplicación como la arquitectura, ingeniería, construcción, sistemas de información geográfica, industrias médicas, entre otros muchos.

El que nos interesa en este artículo es el que se aplica dentro de la medicina y que es conocido como bioimpresión. Veamos en qué consiste exactamente y cuáles son sus principales usos.

La bioimpresión: la impresión 3D compuesta de materiales biológico

La bioimpresión consiste en la fabricación de estructuras tridimensionales compuestas de materiales biológicos, pudiendo combinar células y biomateriales capa por capa, utilizando impresoras y técnicas 3D. 

El objetivo principal de la bioimpresión es su aplicación para la fabricación de estructuras humanas complejas en 3D con propiedades biológicas y mecánicas que permitan restaurar la función de un tejido o un órgano.

En el contexto en el que nos encontramos continúa existiendo una alta necesidad de órganos para trasplantes. Sin embargo, la falta de donantes ha propiciado que investigadores busquen soluciones factibles como la impresión de órganos mediante la tecnología de bioimpresión. 

Así pues, fue en el año 2011, cuando el cirujano Dr. Watson Maximiliano, director del Instituto Wake Forest de Medicina Regenerativa y hoy considerado padre de la bioimpresión 3D, anunció que se había iniciado el largo recorrido hacia la creación artificial de órganos humanos.

Desde entonces, se han implantado fragmentos de mandíbula, tráquea, vértebras en pacientes afectados de diversas dolencias. A pesar de ser estructuras sin vida cuya complejidad resulta muy inferior a la de cualquier órgano humano, el éxito de estas operaciones ha representado un hito importante en el camino hacia la creación de órganos. 

También se ha empleado en la fabricación de prótesis como en modelos dentales y prótesis robóticas de piernas y brazos controladas mediante ondas cerebrales. La principal ventaja de esta fabricación es que su coste es inferior que el de una prótesis convencional. Algo que por ejemplo en niños, que precisan de una readaptación constante de la prótesis acorde a su crecimiento, supone la mitad del coste que otras prótesis.

Igualmente, esta tecnología de bioimpresión 3D es empleada para la generación de modelos de enfermedades in vitro, que permite conseguir una mayor comprensión de las enfermedades para abarcar desde el estudio del crecimiento tisular hasta el desarrollo de nuevas terapias para su control. Otra de sus aplicaciones de igual importancia es en el ámbito farmacológico con la evaluación inicial de la actividad potencial de nuevos medicamentos. 

Sin lugar a duda, esta tecnología ha supuesto un enorme avance en la medicina que ha logrado, en muchos casos, un aumento de la esperanza de vida. Se trata pues, de un proceso complejo en constante evolución que consta de numerosas fases. A continuación, te enseñamos en qué consiste alguna de ellas.

¿Cómo es el proceso de la bioimpresión?

El proceso que se lleva a cabo desde la adquisición de la imagen hasta la producción del prototipo tridimensional presenta tres pasos: la pre-biompresión, la bioimpresión y la post-bioimpresión.

Fase de Pre-bioimpresión

Adquisición de la imagen (h4)

Consiste en tomar una imagen del objeto/ producto que se desea reproducir y cuyo resultado final dependerá de la calidad de la información original; se trata por consiguiente de una fase importante para la consecución de un buen resultado. Las formas de obtención de las imágenes pueden ser mediante:

• Rayos X    
• Tomografía computada
• Resonancia magnética   

Diseño

Esta fase junto con la anterior es fundamental para generar órganos sólidos puesto que de ellas depende la complejidad de reproducir fielmente su difícil arquitectura.

• Biomimetismo
• Autoensamblaje
• Mini-tejidos

Selección del material

• Polímeros sintéticos
• Polímeros naturales
• Matriz extracelular

 Selección de las células

• Diferenciación celular
• Células madre pluripotentes
• Células madre multipotentes

Fase de Bioimpresión 

Bioimpresión

• Chorro de tinta
• Microextrusión
• Asistida por láser

Fase de Post-Bioimpresion 

Aplicación

• Maduración
• Implantación
• Testeo in vitro

¿Qué son las bioimpresoras?

Como hemos visto inicialmente, las tecnologías de impresión 3D no se diseñaron únicamente para aplicaciones biológicas, por lo que han tenido que adaptarse a condiciones compatibles con el uso de moléculas biológicas y uso de células asegurando su viabilidad, ya que son los componentes principales de las biotintas empleadas por las técnicas de bioimpresión. 

Es por ello que las bioimpresoras, al tratarse de una especialización de las impresoras 3D, deben poseer las características determinadas que garanticen la supervivencia de las células durante el proceso de bioimpresión. 

Principales técnicas de bioimpresión 3D 

Las técnicas de bioimpresión más utilizadas son: la bioimpresión con chorro de tinta, la bioimpresión asistida por láser y la bioimpresión por extrusión.

• Bioimpresión por micro-extrusión

Con esta técnica, la biotinta (líquido que contiene células vivas) que está almacenada en el cartucho es extruida por presión a través de un dispensador de forma continua. 

Es la modalidad más común y más empleada en investigación en bioimpresión debido a su practicidad y fiabilidad.

Es la técnica que presenta un mayor potencial a la hora de fabricar tejidos u órganos con tamaños clínicamente relevantes, pero carece de la velocidad y resolución necesarias.

• Bioimpresión con chorro de tinta

En este caso, la biotinta cargada en el cartucho es descompuesta en gotas, cuyo tamaño y lugar de deposición son controladas por el software para dar lugar al tejido buscado.

• Bioimpresión asistida por láser

Esta técnica consiste en un rayo láser que se enfoca sobre un sustrato absorbente que resulta en la generación de una burbuja por presión que fuerza al material biológico a depositarse sobre una superficie que lo recoge.

Las impresoras asistidas por láser debido a que tienen una mayor precisión y están en continua fase de desarrollo se intuye que serán de gran utilidad en el futuro.

En todas las técnicas de bioimpresión, las estrategias se dirigen al aumento de la resolución y la velocidad, cualidades imprescindibles de cara a garantizar una aplicación clínica en el futuro.

Aplicaciones de la bioimpresión 3D

Tal y como hemos visto al inicio de este artículo, la bioimpresión ofrece nuevas posibilidades que otras técnicas convencionales no lo permitían, como la estandarización y automatización de material biológico idéntico o la producción de prótesis a un menor coste. Existen otras muchas aplicaciones actuales de esta tecnología que enumeramos a continuación:

• Generación de tejidos u órganos orientados al testeo de fármacos.
• Generar modelos de patologías concretas con células de cada paciente, que permitan probar estrategias terapéuticas específicas.
• Diseñar estrategias terapéuticas personalizadas
• Bioimpresión de tejidos de estructura sencilla: tejido en 2D (por ej. la piel); estructuras tubulares huecas como estructuras vasculares; o mucho más complejo la producción de órganos huecos como vejigas que han sido implantados con poco éxito. 

Cabe destacar que los órganos sólidos, con distintas propiedades funcionales, mecánicas y de soporte, como son los pulmones, corazón o hígado, aún no han podido producirse mediante bioimpresión 3D. 

Se trata pues de una tecnología en constante evolución cuyo grado máximo de expresión todavía está en auge de desarrollo. 

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