BIOMEDICINA Y SALUD: Otras especialidades médicas

Crean materiales en impresoras 3D que se comportan como tejidos humanos

Cuerpos de impresión

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Aún están lejos de fabricar corazones, riñones o hígados a la carta, pero los científicos no paran de experimentar con impresoras de órganos y tejidos en tres dimensiones, desde vasos sanguíneos hasta orejas. Hoy Science anuncia que científicos de la Universidad de Oxford han logrado imprimir un material que se comporta como un tejido real, con capacidad para responder a estímulos y comunicarse como lo hacen las neuronas. 

Marta Palomo | 04 abril 2013 20:00

<p>Un riñón, un dedo y una oreja imprimidos en 3D. / Wake Forest Institute</p>

Un riñón, un dedo y una oreja imprimidos en 3D. / Wake Forest Institute

<p>Impresión de un prototipo de riñón. / Wake Forest Institute for Regenerative Medicine </p>

Impresión de un prototipo de riñón. / Wake Forest Institute for Regenerative Medicine 

<p>La impresora trabaja en la fabricación de un riñón. / Wake Forest Institute</p>

La impresora trabaja en la fabricación de un riñón. / Wake Forest Institute

El doctor Curt Connors perdió un brazo en la guerra y cuando volvió a su Nueva York natal se convirtió en un científico obsesionado por la regeneración de miembros perdidos. Connors acabó convertido en el malvado Lagarto, enemigo de Spiderman en los cómics del universo Marvel. Tomó como modelo animal a los reptiles, ya que, a diferencia de los humanos, pueden regenerar una extremidad si la pierden.

“En realidad, sí tenemos capacidad de regeneración. La piel, por ejemplo, la cambiamos entera cada dos semanas, y los huesos cada 10 años”, aseguraba Anthony Atala, director del Instituto de Medicina Regenerativa Wake Forest (EE UU) en una de las famosas TED Talks. Pero “todavía faltan años para que los órganos que imprimimos en tres dimensiones entren en fase de ensayos clínicos en humanos”, aclara a SINC Atala.

Mientras los dibujantes Stan Lee y Steve Ditko parían en su imaginación al personaje de Connors, en el mundo real ya se había trasplantado el primer riñón humano. En esa década, la de los 60, nació la ingeniería de tejidos. Más de medio siglo después hay ciudadanos que pasean por la calle con una tráquea generada íntegramente en el laboratorio, con uretras y vejigas reconstruidas en una placa de Petri; y científicos de todo el mundo empiezan a jugar con impresoras en 3D cuyos cartuchos están cargados con células en vez de tinta.

Científicos de todo el mundo juegan con impresoras en 3D cuyos cartuchos están cargados con células en vez de tinta

La revista Science publica esta semana en su portada una investigación en la que un equipo de la Universidad de Oxford, liderado por el científico Gabriel Villar, ha imprimido un material en tres dimensiones que podría imitar el comportamiento de un tejido real. Tiene la consistencia de una goma blanda, y recuerda físicamente a los tejidos adiposos y a los del cerebro.  Además, lo más interesante es que puede efectuar movimientos de pliegue y está dotado de redes de comunicación que operan como las neuronas.

El equipo de Villar ha utilizado una impresora para colocar en filas y capas miles de gotas de agua diminutas que se han mantenido unidas gracias a una membrana lipídica (de grasa). La red resultante es macroscópica y conforma “un material cohesivo con distintos compartimentos que cooperan entre ellos”, explican los investigadores.

Gracias a la incorporación de proteínas a esta capa lipídica, la estructura puede responder a determinados estímulos. “Esta red que presentamos funciona de manera análoga a un axón nervioso, transmite información eléctrica de manera rápida y a través de largas distancias”, dicen los autores en su artículo.

Este material podría incorporarse a tejidos de organismos vivos para que interaccionara con el ambiente y el propio individuo, por ejemplo, “liberando fármacos ante una determinada señal”, comentan, o hasta “funcionando como apoyo a tejidos que fallen”.

Un nuevo material creado en Oxford podría incorporarse a organismos vivos para que interaccionara con el ambiente y el propio individuo

Oferta y demanda de órganos

Como todo, los órganos se desgastan con el uso. “Mientras que el número de donantes se mantiene estable, a medida que la esperanza de vida se alarga, aumenta la necesidad de trasplantes”, comenta Anthony Atala. Según el experto, el número de pacientes que necesita un trasplante se ha doblado en la última década.

“Si algún día podemos generar órganos a partir de células del propio individuo la curación completa de muchas enfermedades crónicas y degenerativas estará disponible bajo demanda”, explica a SINC Mike Renard, vicepresidente ejecutivo de la compañía Organovo.

Uno de los creadores de esta empresa de medicina regenerativa fue el científico Gabor Forgacs, quien usó por primera vez una impresora para generar en 2008 vasos sanguíneos funcionales. Organovo repitió la proeza en 2010 con su propia impresora, que en vez de tinta estaba cargada de las células propias de una arteria: endoteliales, musculares y fibroblastos.

“Antes de considerar sus aplicaciones terapéuticas debemos perfeccionar esta tecnología y lo estamos haciendo generando tejidos relativamente sencillos y útiles que, de momento, sirvan de apoyo a un tejido ya dañado, como por ejemplo nervios, hueso, cartílago o partes de corazón o riñón”, explica Renard.

“Si podemos generar órganos a partir de células del individuo la curación de muchas enfermedades estará disponible bajo demanda”

Por el momento, uno de los objetivos más inmediatos de Organovo es imprimir tejidos humanos completos que sirvan para desarrollar nuevos fármacos. Según Renard, “esta tecnología puede resultar muy útil ante el hecho de que es difícil obtener información biológica relevante y extrapolable a partir de cultivos celulares en dos dimensiones”.

Pieles y orejas impresas

De todos modos, la aplicación clínica de esta técnica de impresión queda más o menos lejos en función del órgano del que hablemos, porque no todos tienen la misma complejidad. Por ejemplo, se espera que la impresión directa de piel sobre heridas o quemaduras entre en fase de ensayos clínicos con pacientes humanos en menos de cinco años.

“Ya hemos empezado los ensayos preclínicos –explica a SINC Mohammad Albanna, investigador del Wake Forest Institute, que en 2012 publicó la aplicación de este método en cerdos–. La ventaja de esta técnica frente a los actuales productos substitutivos de la piel es que puede cubrir grandes superficies en poco tiempo”.

Este proyecto cuenta con el interés y la financiación de la industria militar ya que, “a menudo los soldados sufren quemaduras en gran parte de su cuerpo que necesitan atención inmediata”, declara a SINC Albanna por correo electrónico.

Aunque la piel aún se hará un poco de rogar, ya el mes pasado la revista PLoS ONE publicaba el éxito de la impresión en 3D de orejas para implantar en pacientes humanos. Entre uno y cuatro de cada 10.000 recién nacidos sufren de microtia, una deformación congénita del oído externo que podría ser tratada con esta técnica.

El mes pasado se publicaba el éxito de la impresión en 3D de orejas para implantar en pacientes humanos

Los autores de este estudio, científicos del Colegio Médico Weill Cornell (Nueva York, EE UU) son especialistas en estructuras humanas basadas en cartílago como articulaciones, tráquea o nariz, y se mostraban muy orgullosos de su resultado, prácticamente idéntico a la oreja humana. “Puede ser la solución que tanto han esperado los cirujanos para ayudar a los niños que nacen con esta deformación o a personas que han perdido el oído externo debido a un accidente o a un cáncer”, declaraba Jason Spector, coordinador del estudio.

Órganos huecos y sólidos

Un paso más allá en complejidad, pero con resultados clínicos ya comprobados, está la generación de órganos huecos mediante células propias del paciente y biomateriales. Estos materiales, que Anthony Atala califica como “inteligentes”, sirven de molde para que las células los cubran y formen el órgano, y con el tiempo se desintegran sin causar rechazo. Así Atala y su equipo construyeron y trasplantaron las vejigas de siete pacientes en 2006.

Con esta técnica los científicos del Wake Forest Institute han creado válvulas aórticas, músculos, vasos sanguíneos y uretras. El siguiente reto es la generación de órganos sólidos, muy vascularizados y compuestos no por dos, sino por muchos tipos de células, como por ejemplo el riñón, el hígado o el corazón.

Una de las aproximaciones es aprovechar la estructura de un órgano que, por alguna razón, no sirva para ser trasplantado. Por ejemplo, podría ser un hígado. Los científicos eliminan sus células y se quedan solo con la estructura de colágeno. El siguiente paso es extraer células del hígado del paciente receptor, usarlas para repoblar la estructura y obtener así un hígado nuevo. De esta manera se evitaría el rechazo y el tratamiento con inmunosupresores, dos causas típicas de fracaso en un trasplante.

Con biomateriales inteligentes se han construido vejigas, válvulas aórticas, músculos, vasos sanguíneos y uretras

Cada célula en su sitio

Otra aproximación es, de nuevo, la impresión en tres dimensiones. “Lo importante en ingeniería tisular es controlar exactamente el lugar de cada célula para imitar la complejidad natural del tejido y que sea funcional a nivel biológico –explica por correo electrónico el director del Wake Forest Institute–. La impresora te permite exactamente eso”.

A principios de este año él y su equipo anunciaron en la revista Biomaterials que, mediante impresión, habían obtenido un tejido formado por varios tipos celulares, en tres dimensiones y con función biológica. “Este estudio demostró que se podían construir de esta manera tejidos complejos y funcionales”, afirma Atala.

“De momento, en el Wake Forest Institute, hemos logrado imprimir tejido muscular, hueso, una oreja, nariz y estructuras renales”, indica a SINC James Yoo, uno de los inventores y propietarios de la patente de esta técnica. Aunque el objetivo es solventar el problema de la falta de órganos, “es difícil saber cuál será el primero en poderse construir íntegramente con esta técnica”, confiesa Yoo.

“De verdad creo que la impresión en 3D va a tener un gran papel en la ingeniería de tejidos y órganos, pero la ciencia es tan impredecible que he aprendido a no hacer pronósticos”, declara Atala. Lo que sí quiere dejar claro este científico de referencia es que aún faltan años para llevar esta tecnología a la práctica clínica y que lo primero de todo es “asegurarnos de no dañar a ningún paciente”. 

Referencia bibliográfica:

Gabriel Villar, Alexander D. Graham, Hagan Bayley. "A Tissue-Like Printed Material". Science, 5 abril 2013 Vol 340. 10.1126/science.1229495

Zona geográfica: Internacional
Fuente: SINC

Marta Palomo

marta

Doctora en biología y comunicadora científica especializada en biomedicina. Colaboradora de SINC.

Comentarios

  • tonyon |09. septiembre 2013 14:17:32

    3D Bioprinting. La tecnología usada para imprimir documentos también está siendo utilizada para crear tejido vivo, en un futuro no muy lejano para "imprimir" órganos enteros como un corazón, un hígado, un riñón, y algún día...un cuerpo entero. La técnica es exactamente igual a la que usa una impresora de chorro de tinta normal, que cuando imprime un documento la tinta se distribuye por el papel siguiendo un patrón específico. Todo esto comenzó así: En la Universidad de Clemson, han sustituido (años hace ya) la tinta de las impresoras por una "tinta de células" vivas. Los cartuchos de tinta fueron rellenados con una solución de células y el software fue reprogramado. El "papel" es un gel biodegradable, diseñado en la Universidad de Washington, que se solidifica al alcanzar los 32 ºC de temperatura. Todavía le falta ¿mucho? para ser una realidad de grandes prestaciones. El principal problema es que aún no es capaz de crear un órgano por el que circule la sangre. Pero si puede imprimir un tejido del grosor de un riñón en sólo 2 horas, incluidos los vasos sanguíneos. El siguiente paso es imprimir las partes más minúsculas de un órgano, justamente aquellas que lo hacen funcionar. Si se consigue esto, estaríamos muy cerca de la Eternidad para el ser humano. La NASA y otras empresas están interesadas en estas investigaciones.

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