Órganos de impresión
La escasez de órganos es una de las principales crisis sanitarias. Desde 2013, el número total de pacientes que necesitan un trasplante se ha duplicado, mientras que el número de órganos de donantes disponibles se ha mantenido relativamente igual. Según la Health Resources & Services Administration, cada día mueren 17 personas esperando un trasplante de órganos en Estados Unidos. Este problema es ahora una crisis de salud pública. Afortunadamente, gracias al avance de la tecnología, los órganos impresos en tres dimensiones (3D) se han convertido en una realidad.
En 2014, una empresa californiana llamada Organovo fue la primera en diseñar con éxito hígados y riñones humanos bioimpresos en 3D disponibles en el mercado. La impresión 3D en el ámbito sanitario se utiliza para crear células o tejidos humanos vivos con fines de medicina regenerativa e ingeniería de tejidos. El proceso de impresión 3D suele comenzar con la obtención de una muestra de células del propio paciente para que crezcan y se expandan fuera del cuerpo en una incubadora estéril o biorreactor. Estas células se alimentan con nutrientes denominados «medios» y se mezclan con un gel que actúa como pegamento. A continuación, esta mezcla se introduce en una cámara de impresión para construir tejidos a partir del material capa por capa.
Órganos impresos en 3d
Por eso Morgan llevó a cabo una serie de experimentos insólitos durante varios meses el año pasado, en el espacio exterior. Morgan también es astronauta de la NASA. En abril de 2020 regresó de una estancia de 272 días en la Estación Espacial Internacional (ISS). Mientras orbitaba a 400 km por encima de la superficie terrestre, Morgan creó tejido vivo, célula a célula, utilizando una impresora 3D y algo llamado biotinta.
«Es como cambiar el cartucho de una impresora en casa», explica Morgan sobre el equipo que utilizó. «Pones el cartucho de tinta, dejas que se desarrolle el cultivo y luego sacas el casete de tejido para analizarlo».
«Cuando estás imprimiendo en 3D un cultivo de tejidos en el suelo, hay una tendencia a que se colapsen en presencia de la gravedad», dice. «Los tejidos requieren algún tipo de andamio [temporal, orgánico] para mantener todo en su lugar, especialmente con cavidades como las cámaras de un corazón. Pero esos efectos no se dan en un entorno de microgravedad, por eso estos experimentos han sido tan valiosos». «Los experimentos realizados en la Estación Espacial Internacional por Andrew Morgan demostraron que se podían imprimir órganos en un entorno de baja gravedad (Crédito: Nasa)El entorno de microgravedad de la EEI era ideal para probar la Bio Fabrication Facility, que se puso en órbita en 2019 y se actualizará en 2021. Desarrollada por las empresas estadounidenses Techshot y NScrypt, está diseñada para imprimir células humanas en tejidos con forma de órgano. En un principio, Morgan lo utilizaba para probar impresiones de tejido similar al cardíaco de grosores cada vez mayores. En última instancia, sin embargo, el equipo responsable de la tecnología espera perfeccionar el equipo para poder imprimir órganos humanos completos en el espacio, que puedan utilizarse en trasplantes.
Tejido para impresión 3D
Una matriz impresa en 3D se siembra con células de la vejiga. Aunque los órganos gruesos siguen siendo un reto, la piel y los vasos sanguíneos artificiales podrían estar en ensayos clínicos con humanos en uno o dos años. Foto: Wake Forest
Con ayuda de la impresión en 3D y la electrohilatura, un equipo de bioingenieros del Wake Forest Institute for Regenerative Medicine, instituto de investigación de Carolina del Norte dirigido por Anthony Atala, ha estado cultivando tejidos y órganos viables para pacientes. Aunque muchos de estos órganos impresos en 3D siguen en fase de investigación, algunos deberían estar listos para pruebas clínicas en uno o dos años.
Estos procedimientos comienzan tomando una pequeña muestra de células del paciente de la zona que los bioingenieros intentan recrear: un injerto de piel del tamaño de un sello de correos, por ejemplo. A continuación, dentro de un biorreactor, los bioingenieros replican esas células hasta crear las suficientes para hacer crecer un nuevo órgano.
El siguiente paso es construir la matriz extracelular, o andamio, sobre la que se forman las células. A continuación, el equipo siembra la matriz con promotores del crecimiento y sustancias bioquímicas que impulsan a las células a desarrollarse de formas específicas. La matriz también proporciona fuerzas mecánicas que moldean el desarrollo celular.
Impresión 3d en medicina
Esta nueva biotinta soporta el material bioimpreso a lo largo de varias etapas de su desarrollo hacia el tejido. A continuación, utilizaron la biotinta para bioimprimir en 3D pequeñas vías respiratorias humanas que contenían dos tipos de células propias de las vías respiratorias humanas. Sin embargo, esta biotinta puede adaptarse a cualquier tipo de tejido u órgano.
«Estas biotintas de nueva generación también favorecen la maduración de las células madre de las vías respiratorias en múltiples tipos celulares que se encuentran en las vías respiratorias humanas adultas, lo que significa que hay que imprimir menos tipos celulares, simplificando el número de boquillas necesarias para imprimir tejido hecho de múltiples tipos celulares», afirma Darcy Wagner.
El equipo utilizó un modelo de ratón muy parecido a la inmunosupresión utilizada en pacientes sometidos a trasplante de órganos. Tras el trasplante, comprobaron que las construcciones impresas en 3D con la nueva biotinta se toleraban bien y soportaban nuevos vasos sanguíneos.