Tendencias en bioprinting: estado actual de la impresión de órganos en 3D

En la actualidad la tecnología de impresión 3D, se ha convertido en un fenómeno generalizado, a nivel global, tan solo en el año 2021 se vendieron cerca de 2,2 millones de impresoras 3D. Se prevé que las perspectivas de colocación para el año 2030, alcanzarán los 21,5 millones de dispositivos, lo que permitirá una accesibilidad generalizada a esta tecnología de creación rápida de prototipos. (Moore, 2022).

Estos avances se están desarrollando en los sectores industriales, joyero, educativo, automoción, dental, artístico, arquitectura, moda, medicina., entre otros. Cabe destacar, que, en este último, es donde se tiene el horizonte con mayor potencial, específicamente en su rubro de ingeniería biomédica. (Trd, s.f).

En este sentido, la también llamada biofabricación, es una técnica innovadora en el campo de la medicina regenerativa que permite imprimir estructuras celulares y tejidos a través del uso de materiales biocompatibles. A partir de los años 80, esta tecnología ha evolucionado con un enfoque en la impresión de órganos y tejidos, lo que está revolucionando la medicina y la vida de millones de personas que esperan un trasplante. 

Actualmente, cerca de 100 países han publicado artículos sobre las aplicaciones biomédicas de la impresión 3D, lo que revela un interés generalizado en esta tecnología. EE. UU. y China están a la cabeza, seguidas de Corea, Liechtenstein y Francia, las cuales cuentan con el mayor número de estudios científicos y registro de patentes. (Hsu, 2023).

El principal atributo de esta tecnología es la capacidad para fabricar modelos tridimensionales complejos (órganos/tejidos) con el uso de células madre y biomateriales innovadores, lo que está permitiendo la creación de redes multicelulares más complejas y funcionales.

En este cometido, los desarrolladores están empleando una amplia variedad de materiales especializados: polímeros sintéticos (policaprolactona, ácido poliláctico, hidroxiapatita) y polímeros naturales (alginato y el ácido hialurónico), los cuales están ganando popularidad en la Impresión tridimensional de materiales biocompatibles. (Hsu, 2023).

Hay varias empresas y países que venden materiales especializados para la bioimpresión de tejidos. Entre ellos podemos mencionar:

1. Organovo, Allevi, Cellink, Aspect Biosystems (EE. UU)
2. EnvisionTEC (Alemania)
3. Regemat 3D (España)
4. Axilum Robotics (Reino Unido)
5. Cyfuse Biomedical (Japón)

Otra ventaja respecto a la manera tradicional de abordar la necesidad de trasplantes es la personalización órganos impresos. Esto significa que pueden ser creados para satisfacer necesidades específicas de cada paciente, lo que aumenta las posibilidades de no rechazo.

Resultados recientes de la bioimpresión

En los últimos años, se han logrado importantes avances en la bioimpresión de órganos en 3D. En el año 2019, la empresa norteamericana Biolife4D, ha creado un pequeño corazón humano 3D, con cámaras y ventrículos. Si bien es un prototipo, el objetivo es poder imprimir a gran escala tejidos cardiacos humanos para procesos de sustitución. (iProUP, 2019).

Solo un año después se logró la impresión de un hígado humano funcional en 3D. Esta estructura corporal lograda por investigadores brasileños fue capaz de mantenerse viva en el laboratorio durante varios días, para ello se utilizaron células sanguíneas humanas. Se proyecta que estos tejidos podrán cumplir todas las funciones hepáticas: producción de proteínas vitales, el almacenamiento de vitaminas y la secreción de bilis. 

De acuerdo con el portal 3Dnatives (2023) otro adelanto relevante es la bioimpresión de riñones. Sabemos que la insuficiencia renal es una enfermedad que afecta a muchas personas en todo el mundo, sin aún tener muchas opciones de tratamiento. Por este motivo, la empresa Trestle Biotherapeutics logró el desarrollo de tejido viable para implantarse en pacientes con enfermedad renal terminal. De acuerdo a informes de la compañía, esta nueva terapia busca aliviar a los pacientes del tratamiento de diálisis y permitir un mayor tiempo hasta la realización del trasplante. (M, A. 2023)

Desafíos en la bioimpresión de órganos

El bioprinting de órganos humanos es un campo en desarrollo que tiene como objetivo crear órganos funcionales a partir de células vivas y materiales biocompatibles utilizando tecnologías de impresión en 3D. Si bien aún existen muchos desafíos que deben superarse antes de que la tecnología pueda utilizarse ampliamente en la medicina, ha habido avances significativos en los últimos años.

El proceso de fabricación aditiva de órganos humanos generalmente se lleva a cabo en varias etapas, que incluyen:

• Obtención de células: Las células se obtienen a través de biopsias de tejidos humanos, como la piel, los huesos o el cartílago, o a través de células madre cultivadas en el laboratorio.
• Preparación de la tinta biológica: Las unidades básicas se mezclan con materiales biocompatibles para crear una tinta biológica que se utilizará en la impresión 3D. Esta debe tener la consistencia adecuada para ser depositada con precisión en la estructura deseada.
• Diseño del modelo de órgano: Se utiliza un software de diseño 3D para crear un modelo de órgano personalizado basado en las características específicas del paciente. El molde se divide en capas para que pueda ser impreso lámina por lámina.
• Impresión 3D: La impresora deposita la tinta biológica en cada cubierta para crear una estructura tridimensional, ajustándose para depositar la cantidad correcta y en la posición adecuada.
• Maduración del tejido: Una vez impreso, el órgano se coloca en un biorreactor que proporciona las condiciones adecuadas para que las células se multipliquen y maduren. Esto puede incluir la aplicación de nutrientes y oxígeno, así como la estimulación eléctrica para ayudar a que las celdas se integren y formen tejidos funcionales.
• Implantación: Una vez que la estructura biológica se ha desarrollado lo suficiente, se puede implantar en el paciente. Los desafíos en esta etapa incluyen garantizar que sea funcional y no desencadene una respuesta inmunitaria negativa del cuerpo. (Interempresas, 2018).

Empresas desarrolladoras de bioprinting

Ante este panorama prometedor, cada vez se crean más empresas dedicadas a esta función especializada de la del bioprinting, otras tantas, están modificando su modelo de negocio en este sentido. A continuación, un listado de los desarrolladores más relevantes en la actualidad (EOS meds, s.f):

1. Organovo (EE. UU)
2. Cellink (EE. UU)
3. Aspect Biosystems (Canadá)
4. Cyfuse Biomedical (Japón)
5. TeVido Biodevices (EE. UU)
6. Digilab (España)
7. Advanced Solutions Life Sciences (EE. UU)
8. Tissue Regeneration Systems (EE. UU)
9. nScrypt (EE. UU)
10. EnvisionTEC (Alemania)
11. Medprin (China)
12. N3D (EE. UU)
13. Rokit (Corea del sur)
14. Cellbricks (Alemania)
15. REGEMAT 3D

La bioimpresión ha avanzado significativamente en los últimos años, lo que ha permitido la creación de tejidos y órganos complejos (piel, cartílago, huesos, capilares sanguíneos, etc.) con una precisión sin precedentes. Aunque todavía hay muchos desafíos por superar, como la integración adecuada de los vasos sanguíneos y la función celular, el progreso en el campo es alentador. 

Aunque se han logrado importantes avances en la bioimpresión de órganos en 3D, todavía hay desafíos técnicos y éticos que deben ser superados. Uno de los mayores es la necesidad de mejorar la vascularización de los tejidos impresos, lo que es crucial para garantizar la viabilidad de los tejidos creados.

La capacidad de impresión biológica a la medida reduce la dependencia de los trasplantes de órganos de donantes humanos, lo que puede revolucionar la medicina y mejorar la vida de millones de personas en todo el mundo. A medida que la investigación continúa y las tecnologías se perfeccionan, se espera que estos desarrollos tengan un impacto cada vez mayor en la atención médica y abra nuevas oportunidades para el desarrollo de terapias personalizadas.

Referencias

Moore, S. (2022, 8 de noviembre). The Global 3D Printing Market - Growth, Trends, and Applications. AZO Materials. https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=22152

Trd. (S.f). SECTORES. Trd. https://www.trdimension.com/sectores-usos-3d-printing

Hsu, C. (2023, 10 de febrero). Tendencias e innovaciones de la impresión 3D en biomedicina. CAS. https://www.cas.org/es-es/resources/cas-insights/biotechnology/biomedical-3d-printing

1. A. (2023, 2 de febrero). Proyectos de bioimpresión: órganos y tejidos impresos en 3D. 3Dnatives. https://www.3dnatives.com/es/proyectos-bioimpresion-organos-tejidos-impresos-3d-070420202/

iProUP. (2019, 10 de septiembre). Cómo es el corazón artificial impreso en 3D que imita 100% al órgano humano. iProUP. https://www.iproup.com/economia-digital/7331-disenan-un-nuevo-corazon-humano-artificial-con-impresion-3d

Interempresas. (2018, 12 de junio). La Universidad de Newcastle imprime en 3D las primeras córneas humanas. Interempresas. https://www.interempresas.net/Fabricacion-aditiva/Articulos/219145-La-Universidad-de-Newcastle-imprime-en-3D-las-primeras-corneas-humanas.html

EOS meds. (s.f). Las mejores compañías de bioimpresión. EOS meds. https://eosmeds.mx/