La pregunta del millón habida cuenta de los grandes avances de la impresión 3D. ¿Tendremos todos “piezas” artificiales que puedan salvarnos de algunas enfermedades? La respuesta siempre estará de lado de la investigación científica y del desarrollo tecnológico y, sin duda, de la apuesta de los gobiernos y las grandes empresas tecnológicas en este campo.
Impresión 3D en la medicina
Desde la antigüedad, el ser humano ha utilizado materiales disponibles en la naturaleza para reparar los posibles daños que pudiera sufrir el organismo derivados de lesiones, accidentes o enfermedades.
En el Antiguo Egipto, se hallaron ojos, orejas, dientes y narices artificiales en varias momias. En China e India se utilizaban ceras, pegamentos, colas y telas en la reconstrucción de partes del cuerpo malformadas.
Con los avances científicos y tecnológicos de los últimos 50 años, ha sido posible fabricar desde los modelos anatómicos clásicos de implantes ortopédicos, hasta los materiales biomiméticos desarrollados en el laboratorio. Esto están permitiendo un aumento gradual en la efectividad de los tratamientos basados en la ingeniería de tejidos, rama de la ingeniería biomédica.
Con la inversión en impresión 3D conseguiremos evolucionar, y el uso de órganos o implantes biológicos será una realidad común para casi todos los seres humanos. Sin embargo, existen todavía algunas limitaciones.
Este tipo de tecnología se basa en un concepto que casi parece ciencia ficción. A través de equipos de impresión es posible crear estructuras anatómicas compatibles con el cuerpo humano. Y teniendo en cuenta el tipo de material utilizado para imprimir, estas estructuras pueden integrarse como parte del organismo vivo.
Las prótesis y los implantes pueden adaptarse, con el objetivo de servir apenas para un organismo específico. Esto puede disminuir la tasa de rechazo e infecciones, debido a su capacidad de crear algo tan personalizado, que aumenta la función de la prótesis o implante.
La bioimpresión 3D ha supuesto toda una revolución tecnológica
En Dynatec hemos hablado en otras ocasiones impresion 3D y de sus aplicaciones en la industria. Esta vez la impresión 3D tiene, como vais a ver, muchas e impresionantes aplicaciones en el campo de la biomedicina. La impresión 3D permite el uso de materiales biológicos, lo que hace que los órganos o implantes de estructuras anatómicas que podemos utilizar los humanos sean muy similares a su propia estructura molecular. Por lo tanto, no sería necesario utilizar componentes electrónicos junto con órganos o implantes impresos en 3D para lograr la efectividad deseada.
La bioimpresión es un salto más allá de la impresión 3D, ya que permite crear estructuras celulares a partir de bio-tintas cargadas con células madre. Capa por capa, el material biológico se deposita para diseñar la piel, un tejido o incluso un órgano.
Entre los desarrollos más destacados en bioimpresión encontramos el desarrollo de tejido óseo, la creación de vasos sanguíneos o la bioimpresión de pulmones. Son cada vez más numerosos y alentadores, por lo que muchos laboratorios se están embarcando en la producción de hígados, riñones e incluso corazones humanos.
El objetivo es que puedan ser viables y ese es el desafío para nuestros investigadores. Este método permitirá hacer frente a la falta de donantes de órganos y comprender mejor ciertas enfermedades. Todavía hay avances por hacer, pero hemos reunido los principales proyectos de bioimpresión, ya sean órganos o partes del cuerpo impresos en 3D.
Impresión 3D y regeneración de tejidos
Un estudio de junio de 2021 considera la bioimpresión “una aproximación prometedora a la regeneración de tejidos”. La impresión de capas que asemejan la piel, aunque aún muy simples, puede ayudar en el tratamiento de grandes quemados. “Podrían funcionar a modo de capa inicial que tape, mantenga la temperatura, impida la infección… pero no será una piel. Estamos en fases muy iniciales”, apunta la profesora.
En ese sentido, varios científicos de Singapur presentaron en un estudio publicado a finales de 2020 un material equivalente a la piel creado por bioimpresión “de una manera reproducible, consistente y potencialmente escalable”. Otros estudios, como el del iraquí Thafal Almela, se muestran optimistas sobre su futura aplicación en el tratamiento del cáncer de boca. En Nature, médicos surcoreanos abordaron el potencial contra las enfermedades infecciosas como la COVID-19.
La impresión de células y tejidos podría aplicarse muy pronto en la regeneración de la piel. Pero su futuro será revolucionario si se vencen las barreras técnicas, legales y de inversión para producir órganos humanos viables. Otras investigaciones apuntan a la producción de carne que puede reducir emisiones de CO2 y beneficiar el medioambiente. En resumen: ayudar a la sostenibilidad del planeta.
Aplicaciones médicas de la bioimpresión 3D
A largo plazo, la impresión 3D podría generar un gran impacto en el ámbito de la medicina, donde la extrusión de células vivas que sustituyen a los materiales plásticos ha dado lugar a la bioimpresión.
Dentro de las aplicaciones de la bioimpresión, sin duda la que más destacan son las aplicaciones médicas. A continuación, detallamos algunos de los usos más frecuentes de la bioimpresión en el ámbito de la sanidad:
Audífonos. ▶️En la actualidad, el 98% de los audífonos existentes han sido fabricados utilizando la impresión 3D. Una sola impresora 3D es capaz de producir 30 aparatos en apenas una hora y media. Además, se está estudiando la fabricación de micro baterías de litio para la alimentación de estos dispositivos.
Piezas dentales.▶️ Gracias a la impresión 3D, la calidad de las piezas dentales y su producción ha aumentado considerablemente. Esta tecnología permite obtener desde un alineador dental transparente para el uso diario hasta implantes, puentes, fundas y una gran variedad de productos dentales.
Prótesis. ▶️Muchas personas necesitan con extrema urgencia distintos tipos de prótesis, pero no todas pueden acceder fácilmente a ellas. La impresión 3D de huesos permite ahorrar en dinero y tiempo, a la vez que puede salvar numerosas vidas.
Gracias a esta impresión 3D, la ortopedia está avanzando hacia una mayor velocidad en los procesos productivos y una disminución importante de los costes.
Oreja biónica. ▶️Una oreja biónica se trata de una estructura tridimensional con forma de esqueleto con células cartilaginosas que, tras 10 semanas, dan lugar a una oreja completa. Se trata de una oreja totalmente artificial, que consta de dispositivos electrónicos
Células madre. ▶️Las células madre embrionarias son las que tienen la capacidad de mantener su pluripotencial, es decir, pueden generar las características que las diferencian de cualquier otro tipo de célula en el futuro.
El método empleado ha sido el de la impresión basada en válvulas, para mantener esas células con un alto nivel de viabilidad y producir esferoides de tamaño uniforme con una presión adecuada.
Otra de las aplicaciones en las que se pueden usar sería mediante la introducción de técnicas poco invasivas un microextructor dentro del órgano dañado, permitiendo su regeneración directamente dentro del cuerpo humano.
Piel. ▶️Crear injertos de piel lleva siendo un campo conocido por la impresión 3D desde hace algún tiempo. El principal inconveniente es el elevado grado de dolor que conlleva, ya que para su producción se recogen fragmentos de piel sana con los que cubrir la zona dañada del cuerpo.
Como consecuencia del desarrollo de las células madre inducidas a partir de las propias células del paciente, las respuestas inmunes al nuevo tejido se reducirían.
Bioimpresión y medicina del futuro
Hace años que los científicos ven en la bioimpresión la medicina del futuro. Investigadores de todo el mundo desarrollan métodos para imprimir en 3D estructuras complejas a partir de tejidos artificiales y células que permitan avanzar en los tratamientos personalizados de diferentes enfermedades.
En 2012, el profesor Jonathan Butcher, de la Universidad de Cornell en los Estados Unidos, logró imprimir la primera válvula cardíaca. Un logro en el que siguen trabajando para que algún día puedan sustituir a las naturales y que pronto comenzará a probarse en ovejas.
Las enfermedades cardiovasculares son la principal causa de muerte en los países desarrollados. En España por delante incluso del cáncer y las enfermedades respiratorias.
Un corazón impreso en 3D
Podríamos hablar de otros casos como el desarrollo del corazón impreso en 3D realizado por un equipo de investigadores de la Universidad de Tel Aviv (TAU).
Los investigadores han logrado imprimir en 3D un corazón “vivo” a partir de tejido humano. Un órgano completo, con cavidades y vasos sanguíneos, que abrirá la puerta a los trasplantes personalizados para cada paciente, según los investigadores Tal Dvir y Assaf Shapira de la Facultad de Ciencias George S.Wise de la Universidad de Tel Aviv. La gran ventaja de estos órganos es que pondrían fin al temido rechazo, que requiere de una medicación específica para evitarlo.
En cuanto al proceso de “impresión” del corazón, se realizó tomando tejidos grasos de los pacientes y separando sus partes celulares y acelulares. Las células recuperadas fueron reprogramadas para convertirse en células madre pluripotentes, que son capaces de convertirse en una variedad de tipos de células para hacer crecer un corazón funcional. Los materiales no celulares como las glicoproteínas y el colágeno, por otro lado, se convirtieron en una “biotinta” para la impresora. Al combinar estos materiales, los investigadores pudieron imprimir tejidos complejos como parches cardíacos que contribuyeron a la creación de un corazón humano artificial.
Otra aplicación prometedora del proyecto es la de los infartos de miocardio. Los investigadores apuntan que podrán imprimir también lo que llaman “parches de células cardíacas latentes”, que podrían usarse para restablecer las partes del tejido cardíaco afectadas por el infarto.
Para el profesor Dvir, no es ciencia ficción pensar en un futuro no muy lejano en el que los hospitales estén dotados de impresoras con tecnología 3D —como sucede ya en el campo de las prótesis y otros tipos de tejido— gracias a las que diseñar a la carta tejidos humanos, órganos y todo tipo de biomateriales que los pacientes necesiten. “Dentro de una década es probable que sean procedimientos de rutina”, dice.
Córneas bioimpresas
Otro caso bastante espectacular es el de la Córneas bioimpresas para prevenir la ceguera. En 2019, investigadores de la Universidad de Newcastle desarrollaron por primera vez una córnea artificial impresa en 3D que podría ser trasplantada para personas necesitadas.
Usando solo una córnea humana sana, pudieron imprimir en 3D 50 artificiales; un avance revolucionario en oftalmología. La Organización Mundial de la Salud estima que 10 millones de personas en todo el mundo requieren cirugía para prevenir la ceguera corneal, y 4.9 millones ya sufren ceguera completa debido a la cicatrización corneal.
Huesos bioimpresos
Un equipo de investigadores de la Universidad de Nueva Gales del Sur en Sydney (Australia) ha desarrollado una tinta a base de cerámica que se puede utilizar para imprimir en 3D estructuras que imitan a los huesos con células vivas. Se trata de un avance muy prometedor porque, en el futuro, los cirujanos podrían utilizar estos elementos impresos en 3D para reparar el tejido óseo dañado de los pacientes.
La impresora 3D se instala en el quirófano
Las impresoras 3D se han incorporado al quirófano. La creación de prótesis a medida para pacientes específicos y con circunstancias especiales se ha asentado como una herramienta más en el ámbito médico. Entre las ventajas, el diseño personalizado, la utilización más eficiente del proceso de intervención y un menor tiempo de atención hospitalaria tras la operación.
Entre otras muchas aplicaciones, la bioimpresión ayudará a los cirujanos del futuro a reparar los huesos de los pacientes con mayor facilidad permitiendo imprimir en 3D hueso directamente en el cuerpo.
Hay que combinar innovación, gestión, ingeniería, biomedicina y el factor fundamental: el paciente y la mejora de su calidad de vida. El cirujano es como un director de orquesta
Según un estudio de MarketsandMarkets.com, esta tecnología aplicada al sector sanitario moverá en todo el mundo en los próximos tres años 1.648 millones de euros.
La impresión 3D cuenta con el avance tecnológico, que mejora y abarata la producción de órganos y los apoyos de algunos Gobiernos. En contra, las regulaciones restrictivas y las limitaciones de los materiales disponibles. Estados Unidos y Europa lideran la aplicación de estas herramientas.
