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Consiguen crear un cartílago artificial con una bioimpresora 3D

En el vídeo, del centro Smithsonian, se utiliza una impresora 3D para fabricar tejidos y órganos humanos


 

Un equipo de la Scripps Clinic modificó una vieja máquina de Hewlett-Packard para convertirla en una bioimpresora 3D y conseguir reproducir las láminas de tejido necesarias para lograrlo.

Quizás algún día las impresoras revolucionarán el mundo de la medicina, produciendo corazones, hígados y otros órganos para aliviar la escasez de trasplantes. De momento, el Doctor Darryl D’Lima, que lidera una investigación ortopédica en el Scripps Clinic, ha conseguido ya elaborar cartílago bioartificial a partir de tejidos de vaca, modificando una vieja impresora de chorro de tinta para conseguirlo, lámina a lámina, con un gel que contiene células vivas. Su equipo también ha logrado imprimir cartílago a partir de tejido obtenido de pacientes que se han sometido a una cirugía de reemplazamiento de la rodilla.

Todavía queda mucho trabajo para perfeccionar el proceso, obtener las aprobaciones de las autoridades competentes y llevar a cabo los ensayos clínicos, pero su resultado suena como si fuera algo de ciencia-ficción: tener una impresora en el quirófano que pueda imprimir un nuevo cartílago personalizado directamente en el cuerpo o reemplazar los tejidos que faltan por culpa de una lesión o de la artritis. En lugar de los plásticos o polvos utilizados por las impresoras 3D tradicionales, las denominadas bioimpresoras imprimen células, generalmente a partir de un líquido o gel. El objetivo no es crear un aparato tecnológico o un juguete, sino desarrollar tejidos vivos.

En los laboratorios de todo el mundo, los investigadores llevan tiempo investigando con las bioimpresoras, antes que nada para determinar si es posible poner células vivas en un cabezal de impresión sin que eso las mate, lo que en la mayoría de los casos sucede. Después de eso, han tratado de reproducir cartílagos, huesos, piel, vasos sanguíneos y otros tejidos. También se han estudiado otras técnicas para crear tejidos a través de la ingeniera, la mayoría creando las estructuras en plástico y otros materiales y añadiéndole más tarde células vivas, pero la ventaja de realizar la impresión directamente con las células es que sería más sencillo decidir dónde van distribuidas para que se asemejen a su referente natural.

Aunque la realidad es que, a pesar de la existencia de las bioimpresoras, la consecución de órganos y tejidos con la funcionalidad adecuada se muestra todavía como un proceso lleno de obstáculos que salvar, lo cierto es que hay experimentos que trabajan en esta línea a lo largo de todo el mundo. En Alemania se ha avanzado con células de la piel y con otras cardíacas para crear parches que reparen lesiones, y en Texas se está generando tejido adiposo que pueda emplearse para la reconstrucción del pecho de la mujeres mastectomizadas, por citar sólo dos ejemplos adicionales.

 


El Doctor Darryl D’Lima trabaja con una bioimpresora en sus investigaciones sobre cartílagos en la Scripps Clinic de San Diego.  Imagen cortesía del New York Times.


El Doctor D’Lima reconoce que su sueño de una impresora de cartílago, tal vez con un cabezal de impresión colocado en un brazo robotizado para asegurar una mayor precisión, está muy lejos en el tiempo. Pero también considera que su proyecto tiene más posibilidades de hacerse real que otros. “Imprimir un corazón completo o una vejiga son desafíos glamurosos e impresionantes, pero los cartílagos pueden ser la pieza más económica para conseguir tener impresoras 3D en las clínicas”, asegura.

Una de las razones, explica, es que el cartílago es en muchos sentidos más simple que otros tejidos. Las células llamadas condrocitos se asientan en una matriz de colágeno fibroso y otros componentes secretados por las células. Conforme la célula está en marcha, los condrocitos tienen un mantenimiento relativamente bajo, puesto que no necesitan mucho alimento, lo que simplifica el proceso de impresión. Mantener alimentado el tejido impreso, y consecuentemente vivo, es uno de los grandes desafíos de los investigadores. La mayoría de las células necesitan estar a una distancia de no más de un par de células de separación de su fuente de nutrientes, y la naturaleza consigue este requerimiento por medio de una red de microscópicos vasos sanguíneos o capilares.

Pero intentar emular los capilares en el tejido impreso es muy difícil. El estudio para el desarrollo de tejido adiposo del Dr. Boland se ha acercado algo a la creación de soluciones que puedan funcionar como capilares y que activen las funciones químicas que hacen que el tejido desarrolle su propia red de vasos sanguíneos, aunque todavía está lejos de lograr su objetivo. En el caso de los cartílagos, el Doctor D’Lima no tiene la preocupación de los capilares, puesto que los condrocitos obtienen la baja cantidad de alimento que precisa de los huesos y revestimientos de la articulación.

Pero todavía hay muchas cuestiones sobre las que ofrecer respuestas en este caso. Incluso aunque su tamaño sea menor de una pulgada de ancho, el cartílago del tipo localizado en la rodilla o en la cadera tiene una estructura muy compleja, con varias láminas en las que el colágeno y otras fibras se orientan de maneras diferentes. “La impresión nos exige cambios con cada lámina –explica D’Lima-. La mayoría de las impresoras se limita a cambiar la forma, pero nosotros estamos cambiando la forma, la composición, el tipo de células e incluso su orientación”.

Al comienzo de su investigación, el equipo de D’Lima creía que las impresoras térmicas de chorro de tinta matarían las células debido al alto calor y las burbujas de vapor que se producían durante el proceso de impresión. Sin embargo, los trabajos del Dr. Boland les mostraron pronto que el pulso de calor era tan rápido que la mayoría de las células sobrevivían. No obstante, el equipo encontró un problema adicional en las más nuevas impresoras de este tipo, “su resolución era tan alta que las boquillas de impresión eran demasiado estrechas como para que las células las atravesaran”.

Fue entonces cuando modificaron una impresora Hewlett-Packard Deskjet 500, que tenía unas boquillas más grandes. Después localizaron a un fabricante de cartuchos y sustituyeron la tinta por su mezcla productora de cartílagos, que consistía en un líquido llamado PEG-DMA y condrocitos. Pero aun así seguían teniendo otra dificultad, ya que las células abandonaban el líquido y atascaban los cabezales, por lo que necesitaban desarrollar un sistema para mantener la mezcla compacta.

También era preciso que la mezcla fuera líquida durante el proceso de impresión, pero que una vez impresa se convirtiera en gel, puesto que de lo contrario, lo resultante sería un batiburrillo líquido. El PEG-DMA se convierte en gel bajo la luz ultravioleta, así que la solución pasaba por mantener el área de impresión siempre bajo una luz ultravioleta que endureciera cada gota una vez que había sido impresa. “A partir de ese momento, ya estábamos imprimiendo tejidos”, remata D’Lima.

El equipo de D’Lima está investigando con otras tecnologías que podrían ser empleadas en combinación con la bioimpresión, incluyendo la rotación eléctrica, un método para la creación de fibras en la matriz, y el nanomagnetismo, que es un modo de orientar esas fibras. El laboratorio persigue un acercamiento multidisciplinar que se apoya mucho en las convenciones anuales de computerización gráfica. “Ello marchan unos diez años por delante de la tecnología médica”, remata. Mientras tanto, la vieja Deskjet ha sido sustituida por un dispositivo más sofisticado de Hewlett-Packard, que permite a los investigadores ajustar el tamaño de las gotas y otras características técnicas para optimizar el proceso.

D’Lima cree que las barreras más difíciles de superar tendrán que ver probablemente con las regulaciones de la FDA y la demostración de que los cartílagos impresos pueden ser seguros. A pesar de ello, el científico se muestra convencido de que conseguirán obtener el tejido que buscan y los permisos para utilizarlos.

 

 
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