La bioimpresión se ha convertido en uno de los principales y más atractivos campos de investigación dentro de la impresión 3D.
La impresión 3D hace referencia a todas aquellas tecnologías que utilizan un proceso de unión de materiales, generalmente mediante el proceso capa tras capa, con la finalidad de hacer objetos a partir de datos descritos en un modelo 3D digital.
La impresión de órganos en 3D está aún en fase de investigación y desarrollo, pero ya se han logrado importantes resultados en el ámbito del laboratorio que pronostican un futuro muy esperanzador.
Además, también se utiliza cada vez más en sectores como la ingeniería, la arquitectura, el arte, la moda o la investigación espacial.
¿Qué es la bioimpresión y cuál es la causa de su origen?
La bioimpresora 3D es una evolución tecnológica de las impresoras 3D convencionales.
Se trata de una forma de impresión 3D que consigue construir estructuras biológicas a partir de un material llamado “biotintas”, las cuales están fabricadas a partir de células madres. Con la bioimpresión se consigue, mediante un sistema de adición de capas, producir materiales biológicos como piel, tejidos e incluso órganos (riñones, corazones e hígados).
Básicamente lo que se hace es adaptar los procesos de impresión, empleando un tipo de boquillas especiales y una biotinta realizada con material biológico en lugar de los filamentos plásticos típicos.
El objetivo principal de la bioimpresión es replicar el tejido y el material exactos, para su posterior trasplante en seres humanos. Una de las principales ventajas es el empleo de las células del paciente para llevar a cabo todo el proceso. Gracias a estas células se puede imprimir tejidos y órganos personalizados a las necesidades de cada paciente, aunque aún no se ha sido capaz de evaluar si el cuerpo lo aceptará o no.
A continuación, explicamos algunas de las formas de bioimpresión que están dando mejores resultados.
Formas de bioimpresión que ofrecen los mejores resultados
Bioimpresión por inyección de tinta
Es la técnica más parecida a una impresora común de tinta. Las máquinas existentes de tecnología de impresión D3 FDM sufren un proceso de modificación para que puedan utilizar material biológico en lugar de filamentos normales. Con la impresora modificada se depositan sucesivas capas de biotintas sobre un sustrato o placa de cultivo.
Esta tecnología cuenta con dos métodos: el piezoeléctrico y los térmicos.
Las diferencias están en que el método térmico trabaja con un sistema de calefacción que genera burbujas de aire. Al explotar, proporcionan la presión suficiente como para lograr expulsar gotas de biotinta.
Por el contrario, el método de la piezoeléctrica no genera presión a través del calor, sino que utiliza la carga eléctrica de un material sólido para ello. La principal desventaja de este método es que puede ocasionar daños a la membrana celular si se usa frecuentemente.
Bioimpresión por extrusión
Las biotintas son extruidas mediante un pistón que se mueve sobre un sustrato y que van conformando con agujas un modelo 3D. Añadiendo capa a capa se consigue una construcción biológica tridimensional. Las ventajas que tiene esta técnica son:
- Se puede procesar a temperatura ambiente;
- pueden incorporar células directamente en el proceso;
- realiza una distribución homogénea de las células.
Bioimpresión 3D asistida por láser
Mediante un láser se consigue colocar los biomateriales en un receptor. Se utiliza un láser como fuente de energía, una cinta cubierta con materiales biológicos y un receptor. El láser hace que los materiales biológicos se conviertan en vapor, que se deposita en forma de gotas en el receptor.
Una de las principales ventajas de este tipo de impresión es su precisión y la falta de contacto, lo que resulta de vital importancia para evitar contaminar el resultado.
Bioimpresión por ondas acústicas
Este tipo de impresión surgió por el deseo de los investigadores de desarrollar un método de fabricación que no fuese dependiente de las propiedades físicas del líquido. Su desarrollo consigue la creación de gotas de tamaño controlado, gracias a la manipulación de las ondas y a partir de fluidos viscosos.
El resonador acústico creado tiene la capacidad de amplificar un ultrasonido en una boquilla de impresión, aumentando 100 veces la tensión de una fuerza.
Ejemplos de proyectos donde puede aplicarse la bioimpresión
La compañía israelí BIOLIFE4D ha conseguido desarrollar un pequeño corazón bioimpreso que cuenta con ventrículos, vasos sanguíneos y cámaras. Se trata de algo experimental y aún en desarrollo, pero ha supuesto un paso de gigantes hacia el objetivo de producir corazones impresos en 3D para trasplantes humanos.
Por su parte, el doctor Anthony Atala ha logrado imprimir un modelo de riñón 3D utilizando materiales biológicos y siguiendo el patrón del riñón humano. Se trata de un prototipo que permite estudiar y comprender cómo funciona este órgano.
También se han conseguido bioimprimir hasta 50 córneas viables para trasplantes realizadas a partir de una sola córnea humana, además de otros tejidos y órganos como páncreas, hígado e incluso una oreja.
También resulta muy esperanzador el proyecto francés de Poietis, que ha conseguido diseñar una impresora 3D de piel humana.
¿Es la bioimpresión 3D el futuro de la medicina?
La tecnología de impresión 3D aplicada a la medicina está consiguiendo en muy poco tiempo resultados muy esperanzadores. Muchos de ellos están en fase de desarrollo, pero también se están logrando resultados concretos que se pueden aplicar en algunos tratamientos.
La bioimpresión 3D se ha posicionado en muy poco tiempo en uno de los sectores líderes dentro de la industria de la impresión 3D, hablando en términos de innovación.
Hasta hace poco tiempo, el mercado de la bioimpresión se concentraba exclusivamente en América del Norte. Sin embargo, en la actualidad, empresas y laboratorios de todo el mundo están explorando este campo de estudio.
Gracias a las técnicas de impresión 3D, las células y los biomateriales pueden combinarse e ir depositando capa por capa para crear desarrollos biomédicos con propiedades similares a los tejidos vivos.
Durante todo el proceso, se pueden emplear distintos bioenlaces con los que crear estas estructuras similares a los tejidos. Como era de esperar, el objetivo principal de todos esos desarrollos es lograr bioimprimir un órgano humano completamente funcional con éxito.
La bioimpresión es considerada como el futuro de la medicina, pero aún existen multitud de incógnitas asociadas a este proceso de impresión.
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 han 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:
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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 microbaterías de litio para la alimentación de estos dispositivos.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
