Tecnologías 3D

El mundo de la ciencia ficción de los órganos impresos en 3D

El mundo de la ciencia ficción de los órganos impresos en 3D

Vuelve a hacerlo de nuevo con la impresión 3D. Como mencionamos en artículos anteriores sobre fabricación aditiva, la impresión 3D seguirá afectando a casi todas las industrias importantes del mundo, incluida la salud. Ya hemos visto cómo la impresión 3D podría beneficiar a la industria de la salud con la reciente pandemia de coronavirus.

Las principales empresas de impresión 3D como Carbon, Prusa Research y Formlabs están imprimiendo máscaras faciales, máscaras y herramientas hospitalarias cruciales para los profesionales de la salud. La comunidad de impresión 3D en general ha trabajado arduamente para aliviar la presión sobre las cadenas de suministro y los gobiernos.

La impresión 3D promete mejorar la industria de la salud ofreciendo a los pacientes cosas como medicamentos más inteligentes y prótesis hiperpersonalizadas. Sin embargo, como algo sacado de la película Dark Man de 1990, podría convertirse en un lugar común para los médicos imprimir órganos para tratar a los pacientes. De hecho, ya está sucediendo. Investigadores de varias universidades líderes han impreso en 3D los principales órganos humanos en funcionamiento. Actualmente, en todo el mundo, y especialmente en los Estados Unidos, la escasez de órganos es un problema de salud cada vez mayor.

Los órganos impresos en 3D podrían salvar la vida de las personas

Debido a la enorme demanda de órganos, se ha estimado que900,000 las muertes cada año podrían evitarse utilizando órganos diseñados. Actualmente, en los Estados Unidos, hay 113,000 hombres, mujeres y niños en la lista nacional de espera de trasplantes en julio de 2019. Lamentablemente, en promedio,Mueren 20 personas cada día esperando un trasplante, mientras que cada 10 minutos se agrega una nueva persona a la lista de espera. Los órganos impresos en 3D son una solución viable. Más aún, estos órganos diseñados van mucho más allá de sus beneficios prácticos, ya que estos nuevos órganos diseñados son muy rentables.

Por ejemplo, según la National Foundation for Transplants, un trasplante de riñón estándar puede costar en promedio más de $300,000, mientras que una bioimpresora 3D, la impresora utilizada para crear órganos impresos en 3D, puede costar tan poco como $10,000 y se espera que los costos disminuyan a medida que la tecnología evolucione durante los próximos años. Los investigadores y los profesionales médicos están entusiasmados con la era venidera de los órganos impresos en 3D.

Hoy vamos a explorar más a fondo las implicaciones de la bioimpresión 3D, los desafíos, beneficios y problemas potenciales de este nuevo y revolucionario producto. Durante los próximos años, se espera que aumente la demanda de bioimpresión.

Conceptos básicos: ¿Qué es la bioimpresión 3D?

Es posible que escuche el proceso de los órganos impresos en 3D descrito como bioimpresión 3D, y los productos finales (órganos) se denominan órganos de ingeniería. En resumen, el proceso de bioimpresión es similar a muchos de los procesos de fabricación aditiva con los que está familiarizado. Sin embargo, en este caso, la fabricación aditiva, el proceso implica la combinación de células y factores de crecimiento para crear una estructura similar a un tejido y, finalmente, órganos. Piense en su impresora FDM estándar. Lo más probable es que tenga uno en su escritorio en este momento o que haya visto uno en acción. El proceso es muy similar.

Cuando desee imprimir algo en 3D, lo primero que debe hacer es crear un modelo digital, que luego se imprime en un objeto 3D físico utilizando termoplástico, capa por capa. La bioimpresión funciona de manera similar: los investigadores crean un modelo del tejido que quieren crear seguido del proceso de impresión, que es el objeto final capa por capa. Sin embargo, debido a que las impresoras utilizan celdas estériles, la resolución de la impresión (altura de la capa) y la estructura de la matriz deben prepararse adecuadamente para la impresión.

Al desglosarlo aún más, se asemeja mucho a la pre y posproducción de la impresión SLA, hay pasos específicos que los investigadores toman para garantizar que los órganos se impriman correctamente. En primer lugar, durante la fase de preproducción, los profesionales médicos crean el modelo digital para su impresión utilizando tecnologías como la tomografía computarizada y la resonancia magnética. Luego, las impresoras se preparan y esterilizan antes de imprimir como un medio para optimizar la viabilidad celular.

A continuación, el modelo se envía a la impresora. En lugar de utilizar un termoplástico, los investigadores utilizan bioink para imprimir sus estructuras. La tinta Bioink se extruye capa por capa con un espesor medio de aproximadamente 0,5 mm o menos. Sin embargo, al igual que un filamento, el bioink se coloca en un cartucho de impresora y se utiliza para crear el modelo físico 3D. Finalmente, durante la fase de postproducción, una vez finalizada la impresión, los investigadores estimulan mecánica y químicamente la pieza para asegurar la creación de estructuras estables. El proceso de solidificación del órgano generalmente es ayudado por luz ultravioleta, químicos específicos o incluso ocasionalmente por calor.

Bioink es el "filamento" utilizado en bioimpresoras

Como se mencionó anteriormente, Bioink se utiliza para crear los tejidos artificiales modelados durante el proceso de bioimpresión 3D. Múltiples propiedades diferentes hacen que Bioink sea excepcionalmente perfecto para la tarea precisa en cuestión. Tras una inspección más detallada, se dará cuenta de que este bioenlace está formado por células y un material portador, que suele ser un gel de biopolímero.

Aunque los bioenlaces se pueden fabricar completamente a partir de células, este gel de biopolímero es necesario para mantener las células en su lugar, lo que les permite crecer, extenderse e incluso multiplicarse, protegiendo las células durante el proceso de impresión 3D. Sin este gel de biopolímero, el proceso de impresión 3D de tejido sería mucho más difícil.

Cuando se imprime con una impresora FDM, la boquilla utilizada para el proceso de impresión se calienta a altas temperaturas para derretir el plástico y crear la pieza deseada. Cuando se usa la bioimpresora 3D, el proceso es el mismo y nuevamente resalta la importancia del polímero. Cuando el bioink pasa a través de la boquilla de una impresora, el calor no debe "cocinar" la celda.

El gel de biopolímero evita que las células se calienten demasiado durante el proceso de impresión. Más aún durante este mismo proceso, las propiedades viscoelásticas del gel ayudan a evitar que las células se dañen durante el proceso de extrusión fuera de la boquilla durante la impresión.

Ahora, si te estás preguntando qué más podrías encontrar en la mini sopa celular de bioenlaces, hoy estás de suerte. Como declaró el equipo de All3DP, "... los bioenlaces se basan en una combinación de varios polímeros para lograr una especie de término medio en el que se respeten las limitaciones químicas, físicas y biológicas". Normalmente, Bioink puede incluir cualquier cosa, desde ácido hialurónico hasta colágeno, alginato, celulosa e incluso seda.

¿La gente ya ha impreso órganos en 3D?

La respuesta corta, sí. En 2017, un equipo de ingenieros de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Pohang desarrolló e imprimió en 3D lo que denominaron "bio-vasos sanguíneos" utilizando materiales del cuerpo humano como plantilla para el proceso. El vaso sanguíneo funcionó maravillosamente sin ningún problema. Mientras que los investigadores de la Universidad de Harvard, apenas un año antes, desarrollaron un nuevo tipo de bioenlace específicamente para los riñones, lo que permitió al equipo de investigadores crear partes funcionales cruciales del riñón.

Mientras que un equipo de la startup de bioimpresión Organovo, en San Diego, ya ha demostrado que puede imprimir parches de hígado humano e implantarlos en ratones. Sin embargo, los objetivos del equipo Organovo no se detienen ahí. Como se menciona en su sitio web, “Somos pioneros en un conjunto único de capacidades terapéuticas y de elaboración de perfiles de fármacos basadas en nuestra capacidad revolucionaria de bioimpresión 3D de tejidos que imitan aspectos clave de la biología y las enfermedades humanas. Nos esforzamos por cambiar la faz de la medicina a través del desarrollo clínico de terapias de medicina regenerativa para tratar enfermedades y al permitir el descubrimiento de fármacos traslacionales ”.

Los ensayos en humanos para los trasplantes de hígado podrían comenzar este año. La idea de bioimpresión de órganos humanos ya no es una idea de ciencia ficción lejana. Investigadores de empresas privadas y universidades líderes han impreso oídos, pulmones e incluso un corazón.

La tecnología de bioimpresión está lejos de ser perfecta

Sí, ha habido múltiples esfuerzos exitosos para crear tejidos y órganos diseñados. Sin embargo, la tecnología aún tiene mucho camino por recorrer antes de que se adapte por completo en los hospitales cercanos a usted. Hay algunos obstáculos obvios que debemos superar.

En primer lugar, la bioimpresión debe ser más rápida y poder producir tejidos con una resolución más alta. Poder imprimir un órgano en 3D en cuestión de horas o minutos podría hacer que la bioimpresión 3D sea mucho más atractiva comercialmente. Mientras que la resolución más alta permitiría una mejor interacción y control en el microambiente 3D.

En segundo lugar, necesitamos más biomaterial. Por el momento, es como imprimir con solo unos pocos filamentos. Al igual que con una impresora FDM o incluso SLA, utiliza diferentes materiales de impresión para abordar diferentes trabajos.

Lo mismo ocurre con el mundo del bioenlace y los complejos y diversos tipos de tratamientos médicos de tejidos que los humanos pueden necesitar. Sin embargo, la tecnología es emocionante y, como se mencionó anteriormente, podría salvar millones de vidas en breve. La creciente competencia en el sector privado podría ayudar a generar la rápida innovación necesaria para hacer viable la impresión 3D.

¿Qué opinas del mundo de la bioimpresión 3D? ¿Esta tecnología revolucionará la industria de la salud?


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