¿Qué es una Impresora Biológica o bioimpresora?
Una bioimpresora que imprime tejidos en tres dimensiones como piel y cartílago, para ser utilizados en implantes, es una de las nuevas tecnologías en medicina regenerativa que fue presentada en el Encuentro Mundial de Ciencias, organizado por la Asociación Americana para el Avance de la Ciencia (AAAS) en Washington.
"Lo que hacemos es sustituir la tinta que usamos en una impresora para papel por materiales orgánicos (células) y así poder imprimir tejidos biológicos de seres vivos", explicó a La Tercera Hod Lipson, ingeniero robótico y director del Laboratorio de Síntesis Computacional de la U. de Cornell, EE.UU.
La impresora tiene múltiples cartridges que van inyectando la biotinta sobre una superficie formando capa por capa la estructura biológica en tres dimensiones.
El proceso tiene varias etapas: la cabeza de impresión forma las células en gotas de contenido entre 10 mil y 30 mil células. Las gotas pasan a través del proceso de impresión de inyección de biotinta. La segunda cabeza de inyección se usa para depositar un hidrogel a base de azúcar usado como andamio, que no interfiere con las células y se adhiere a ellas. Una vez que la impresión se ha completado, la estructura es dejada durante un día o dos para permitir que las gotas se fusionen. Una vez que ha madurado, el hidrogel se retira desde el exterior y se jala desde el centro como un trozo de cuerda. Un sistema de calibración basado en láser, controlado por computador, asegura que las células sean colocadas en exactamente la posición correcta y tome la forma en 3D.
"Imaginemos que yo necesito un implante de cartílago en mi rodilla tras un accidente. Extraemos tejido de la zona que está lesionada, incubamos esas células para crear más células y una vez que ya estén maduras las introducimos en una tinta a base de hidrogel en un 99% que está dispuesta en un cartridge y las utilizamos para imprimir un nuevo cartílago en el tamaño necesario para cubrir la zona dañada. Estamos trabajando para que el material tenga un equilibrio y sea lo suficientemente moldeable y a su vez resistente", agrega Lipson.
Limitaciones y desafíos
Hasta ahora el equipo de la U. de Cornell ha aplicado la bioimpresora sólo en animales, especialmente en ratones y vacas. Aún no la han probado en pacientes. Según Lipson, "ahora el gran desafío es que el implante pueda ajustarse perfectamente y el nuevo tejido logre adherirse sin problemas y regenerarse".
¿Qué es la impresión 3D?
La historia de la impresión 3 se remonta a principios de los años 80, cuando se inventó la estereolitografía, que permite crear objetos sólidos a partir de diseños digitales. Esta técnica consiste en ir depositando capa a capa una resina líquida sobre una placa, hasta obtener el objeto deseado (el proceso puede tardar desde unos pocos minutos hasta varias horas, dependiendo de la complejidad del diseño). Es decir, con las impresoras 3D podemos materializar todo lo que podamos imaginar.
Hoy en día existen multitud de objetos fabricados con impresión 3D, como juguetes, carcasas para móviles, un telescopio espacial, e incluso pistolas (no exentas de la lógica controversia), sólo por mencionar algunos ejemplos. Esta forma de crear objetos a partir de un diseño por ordenador, nos permite imprimir en poco tiempo piezas a medida con una altísima precisión; lo que ha supuesto una revolución, también en el campo de la medicina.
Desde hace unos años se imprimen prótesis hechas con plástico, titanio o materiales cerámicos que sustituyen a piezas del cuerpo (como piernas, pelvis, y caderas, entre otras) que han sido dañadas (por un tumor o un accidente, por ejemplo). Incluso, han surgido empresas como Bespoke, especializada en la fabricación de prótesis a medida con diseños únicos.
¿Y si cambiamos la tinta de la impresora?
Al sustituir la resina plástica de la impresora 3D convencional por una tinta biológica tenemos una bioimpresora, con la que, en principio, podemos imprimir tejidos y órganos biológicos.
El proceso de impresión comienza en el laboratorio, donde se cultivan y multiplican células madre. Después, se mezclan las células con un medio líquido para formar la tinta biológica. Cada gota de esta biotinta está formada por agregados de células. Como cualquier tinta, se carga el cartucho en la impresora, y comienza la impresión 3D. La tinta es depositada capa por capa siguiendo un patrón dictado por la impresora (especialmente programada para ello) a la vez que se deposita un gel que funciona como pegamento. Poco a poco, se va dando forma a diferentes tejidos y órganos. Al final, el gel es extraído y el producto final puede ser utilizado. Otro procedimiento para construir órganos con impresoras 3D es poblar con células un esqueleto biodegradable con la forma deseada (de un corazón, hígado, riñón, etc). A medida que las células se multiplican, van colonizando la estructura, hasta que eventualmente se desintegra y desaparece.
El periódico The Economist describe en detalle las diferencias entre uno y otro método en un ilustrativo reportaje en el que también se cita a muchos de los protagonistas de esta gesta tecnológica, biológica y médica. Y, en el siguiente vídeo puede hacerse una idea de cómo funciona la bioimpresión y cómo puede llegar a cambiar nuestra forma de vida en el futuro.
Bioimpresora 3D rusa para crear en 2018 un riñón trasplantable
La compañía rusa '3D Bioprinting solutions' presentará en el III Foro internacional 'Open Innovations', que se está celebrando en Moscú, su primera impresora biológica, destinada a imprimir fragmentos de tejidos y de órganos en tres dimensiones.
Así es como funciona el proceso. En primer lugar, se crea el modelo del cuerpo futuro con toda su anatómica y características biológicas. Entonces, esferoides (conglomerados de células) se obtienen a partir de células madre del paciente.
Estas células se utilizan para la creación de un tejido u órgano. La impresora orgánica creada en Rusia ya es capaz de imprimir objetos con una precisión de una micra, una densidad que actualmente ostenta un récord mundial.
"La principal ventaja de nuestra impresora biológica es la capacidad de utilizar todos los métodos de impresión biológica conocidos", ha declarado el director ejecutivo de los laboratorios 3D Bioprinting Solutions, Youssef Hesuani. "Permite imprimir con células y esferoides de gel biológicamente. La impresora está equipada con cinco boquillas. Dos de ellos permitían que fluyera el polímero de hidrogel por capas, y los otros tres, tipos de células colocadas en el gel en varias combinaciones. Entonces, la estructura impresa se coloca en un reactor biológico, lleno de diversos nutrientes. Una fusión de células y la evacuación del exceso de gel orgánico son necesarias. A diferencia de sus análogas extranjeras, la tecnología rusa permite obtener un resultado que parece un órgano totalmente natural".
La primera impresora biológica rusa funciona por ahora en un régimen de pruebas, porque algunos dispositivos de esta tecnología se encuentran aún en una etapa de desarrollo. Pero, según los planes establecidos, en marzo de 2015 esta impresora debe "imprimir" una glándula tiroide funcional de ratón.
El órgano impreso de esta manera se pondrá a prueba con el uso de varios métodos, incluyendo un biorreactor, antes de ser trasplantado al cuerpo del ratón. Y en 2018, los investigadores rusos esperan poder imprimir un riñón humano, listo para el trasplante.
Según los expertos extranjeros, tal operación no puede tener lugar antes de 2030, pero los científicos rusos son más optimistas.
Aunque nada se ha revelado sobre las características exactas de la impresora orgánica, la empresa '3D Bioprinting Solutions' ha cursado recientemente una solicitud de patente. " Durante el desarrollo de la solución técnica, hemos tenido presentes las restricciones a los métodos y medios de bioprinting 3D existentes en todo el mundo. El hecho de que hayamos solicitado una patente significa que nuestra impresora tiene características únicas", ha declarado un portavoz de la empresa.
China crea bio-impresora 3D para crear órganos humanos
Investigadores de la Universidad de Hangzhou Dianzi en China han anunciado haber desarrollado la primera impresora 3D capaz de imprimir tejido vivo, llamándola “Regenovo” y ya la han utilizado para imprimir varias muestras, incluidas unidades de hígado y cartílago de la oreja humana.
Xu Ming’en, desarrollador de Regenovo, dijo que la impresora necesita menos de una hora para producir ya sea una muestra de hígado mini o una muestra de cartílago de la oreja. Aunque a diferencia de un órgano real este no tiene color ni vasos sanguíneos o nervios, pues todavía es imposible imprimir el tejido y los vasos sanguíneos que viven de forma simultánea con la tecnología actual.
Pero Xu predice que con estos avances los órganos impresos completamente funcionales podrían ser posibles dentro de los próximos diez a veinte años.
El proceso utiliza un polímero médico, materiales inorgánicos y gel de agua mezclado con células vivas, imprimiéndose en condiciones asépticas gracias a sus con controles de temperatura que oscilan entre -5 ° C a 260 ° C. La tasa de daño de las células para el proceso de impresión Regenovo es aparentemente muy baja, en torno a un 90% de las células sobreviven y hasta el momento según los investigadores han sido capaces de mantenerse con vida durante un máximo de cuatro meses.
La inversión total de esta impresora bio 3D es de alrededor de 1 millón de yuanes (164, 000 dólares). Tiene un tamaño de 60 x 50 x 74 cm, con una boquilla 80 micras para la impresión.
Este anuncio marca la primera vez que China se ha intensificado oficialmente en el áreabioprinting, impresoras similares ya están en desarrollo en varias partes del mundo, por ejemplo sus homólogos más cercanos como Organovo crean por medio de impresiones 3D redes de tejido para estudiar el cáncer, los de la Universidad de Cornell quienes trabajan con la impresión de células madre, además de otros laboratorios están trabajando en la impresión de riñones , inserciones espinales, cartílagos transplantables, injertos de piel y más.
Por ahora este tipo de impresoras aún se encuentran en fases de prueba, por ello no se ha dado fecha para su implementación en el campo médico, pero el proceso de la impresión en 3D se está convirtiendo en una industria importante para los países. La capacidad para recrear músculos, tendones y órganos podría muy pronto cambiar el mundo de manera significativa.
USA crea impresora 3D para reproducir ¡órganos y tejidos!
Una nueva tecnología médica que aún se encuentra en pruebas permitirá en el futuro reproducir tejidos y órganos usando solo sus células en impresoras 3D.
Se trata de un artefacto creado por la compañía estadounidense Organovo, una de las tantas que investigan y desarrollan las tecnologías de 'bioprinting' (bioimprenta). Según el director ejecutivo de Organovo, Keith Murphy, su bioimprenta todavía tiene algunos puntos débiles, pero dentro de 4 o 5 años podr'ia estar completamente terminada.
Organovo actualmente colabora con la productora australiana de equipos innovadores Invetech, y su mutua experiencia en la producción de imprentas biológicas ha dado sus primeros frutos: una impresora 3D de tejidos humanos, que ya fue presentada entre la comunidad científica e incluso recibió el premio en innovación.
Se trata de un artefacto creado por la compañía estadounidense Organovo, una de las tantas que investigan y desarrollan las tecnologías de 'bioprinting' (bioimprenta). Según el director ejecutivo de Organovo, Keith Murphy, su bioimprenta todavía tiene algunos puntos débiles, pero dentro de 4 o 5 años podr'ia estar completamente terminada.
Organovo actualmente colabora con la productora australiana de equipos innovadores Invetech, y su mutua experiencia en la producción de imprentas biológicas ha dado sus primeros frutos: una impresora 3D de tejidos humanos, que ya fue presentada entre la comunidad científica e incluso recibió el premio en innovación.
Las venas del futuro
Los diseñadores aseguran que los doctores del futuro podrán 'imprimir' nuevos vasos sanguíneos y hasta nervios. Actualmente, se prueba ya con la reproducción de vasos sanguíneos y pronto estará disponible una impresora de piel artificial, que podría facilitar el tratamiento para las personas quemadas o con enfermedades dermatológicas.
En muchos casos, la impresión de tejidos podría salvar las extremidades de muchos pacientes que actualmente están condenados a la amputación. Ya en un futuro lejano se podrán imprimir órganos enteros, tan fácilmente como hoy las impresoras industriales crean construcciones de plástico.
Otros órganos en la mira
Organovo no es la única compañía que investiga en este ámbito. La empresa Tengion recientemente presentó su tecnología de impresión de órganos, basada en las investigaciones del doctor Anthony Atala que ya permite imprimir vejigas, riñones y válvulas cardíacas.
Son todavía modelos de los órganos reales, aunque biocompatibles. Pero en el futuro próximo se espera poder imprimir órganos reales a partir de las células del mismo paciente, evitando la necesidad de donadores. La matriz para dar forma a un nuevo órgano se podrá formar en la misma impresora.
Y los dientes...
Son todavía modelos de los órganos reales, aunque biocompatibles. Pero en el futuro próximo se espera poder imprimir órganos reales a partir de las células del mismo paciente, evitando la necesidad de donadores. La matriz para dar forma a un nuevo órgano se podrá formar en la misma impresora.
Y los dientes...
Mientras tanto, otro grupo de investigadores de la Universidad de Washington, en EE. UU. desarrolló un método para imprimir huesos a partir de un material artificial, pero muy similar al tejido óseo. Según sus creadores, los experimentos se basaron en el modelo de una impresora para fabricar artículos de metal.
Esta tecnología podría servir para reparar lesiones dentales, o crear partes o "andamios" de huesos dañados a través una impresión 'por capas'. Los andamios se dejan secar y después de limpiarlos se hornean durante dos horas a 1,250º C. Esta pieza hará crecer nuevas células del hueso y luego de cumplir su función se disuelve sin efectos negativos, aseguran los expertos. Ya se han logrado resultados prometedores en pruebas con conejos vivos y ratas.
Esta tecnología podría servir para reparar lesiones dentales, o crear partes o "andamios" de huesos dañados a través una impresión 'por capas'. Los andamios se dejan secar y después de limpiarlos se hornean durante dos horas a 1,250º C. Esta pieza hará crecer nuevas células del hueso y luego de cumplir su función se disuelve sin efectos negativos, aseguran los expertos. Ya se han logrado resultados prometedores en pruebas con conejos vivos y ratas.
Referencias:
http://comunicarciencia.bsm.upf.edu/?p=1274
http://www.imprimalia3d.com/noticias/2014/10/14/003441/bioimpresora-3d-rusa-crear-2018-ri-n-trasplantable
http://diario.latercera.com/2011/02/23/01/contenido/tendencias/16-60244-9-presentan-bio-impresora-en-3d-que-reproduce-piel-y-cartilagos-para-implantes.shtml
https://actualidad.rt.com/ciencias/view/36071-Crean-impresoras-3D-para-reproducir...%C3%B3rganos-y-tejidos
