Artículo, La Bioimpresión 3d Y Sus Aplicaciones

Artículo “La Bioimpresión 3D y sus Aplicaciones”

Índice

Introducción.............................................................................................2 La Historia de la Bioimpresión ................................................................2 Proceso De Bioimpresión 3D ..................................................................3 Ventajas y Desventajas de la Bioimpresión 3D ......................................6 Conclusión ..............................................................................................8 Bibliografía ..............................................................................................9

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Introducción La Bio-impresión 3D es una herramienta revolucionaria que ayudará a cambiar el rumbo de la historia humana, esta trae soluciones efectivas y eficientes para los problemas mundiales en el campo de la salud. Una sola máquina capaz de producir tejidos, cartílagos, vasos sanguíneos, órganos y partes del cuerpo humano ya sean creaciones artificiales u orgánicas. Algo que parecía imposible un siglo atrás, está avanzando exponencialmente con la tecnología para llegar a ser una realidad. ¿Pero cómo empezó esta tecnología?

La Historia de la Bioimpresión La data más antigua que se tiene del uso de la Bio-impresión 3D es de 1988 en la Universidad de Texas el Dr. Robert J. Klebe, presentó un proceso llamado “Cytoscribing”, el proceso consistió en la creación de tejidos sintéticos utilizando una sucesión de impresión 2D por capas y al finalizar logró crear una impresión 3D. Seguido de esto un gran hallazgo se dio en la Universidad de Wake Forest el 2002 por el Profesor Anthony Atala, el cual fue la primera persona en crear un órgano, se debe decir que no es funcional debido a que no posee vasos sanguíneos, pero, está hecho de materia orgánica, el primer riñón en pequeña escala. Existe un video del mismo Profesor Anthony Atala donde explica y vende esta idea, en una convención llamada TED Talk en el 2011. La creación de órganos es tan complicada que primero debemos superar la creación de tejidos de primer, segundo, tercer y cuarto nivel, siendo el cuarto en donde la creación de órganos dará inicio. Por esas mismas razones, todos los investigadores comparten toda la información de sus experimentos para un avance más rápido. En el 2009 se da la creación de los primeros vasos sanguíneos por el Dr. Gabor Forgacs, justo después el 2010 se crea el laboratorio especializado en impresiones 3D denominado “Organovo”, esta logró la producción del tejido Óseo seguido del exitoso experimento para injertar el tejido hepático y lanzaron al mercado la “NovoGen MMX” la bioimpresora del Mercado. En Estados Unidos, se crea el primer corazón humano miniatura utilizando esta maquinaria por la compañía “BIOLIFE4D”. Las personas con quemaduras serias, o que tengan alguna enfermedad en donde la piel se vea afectada y sea irreparable o que sea complicado su recuperación, ¡pero ya no más! En España desarrollaron la forma de cultivar las células necesarias para la creación de piel y todo esto siendo totalmente personalizado, eliminando el riesgo de rechazo del cuerpo, ya que se utilizan las 2

propias células del paciente, todo esto fue conseguido por científicos de la Universidad Carlos III de Madrid y del Hospital Gregorio Marañón con nuevas técnicas de Bio-impresión 3D. Es incorrecto pensar que la producción de piel es exclusiva de España, pues la Universidad Wake Forest en la facultad de medicina está en la actualidad buscando nuevas formas de integrar la creaciones de este tipos de tejidos de maneras más eficientes y efectivas, una de las formas en cómo planean incorporar la Bio-impresión 3D es en usos militares, consiste en una combinación de un detector láser y la Bio-impresión de la piel, en teoría se coloca al paciente con quemaduras en una cama quirúrgica, se toma una muestra de la piel del paciente, esta se coloca en la impresora para replicarla, después el detector láser escanea al paciente guardando la información en las ubicaciones específicas donde el paciente tiene quemaduras y este comenzará a tratar al paciente poniendo encima la piel recién impresa, así pues, disminuyendo el tiempo de recuperación del paciente y dejándolo como nuevo. ¿Qué pensarías de comer una chuleta de carne sin necesidad de matar un animal? Aunque puedas pensar que son delirios, los científicos están trabajando en que esto se vuelva parte de nuestra vida normal, ya sea para una reproducción en masa más grande de comida o para detener la explotación de los animales. Muchas empresas se han unido en la creación de estas Bio-impresoras 3D de comida, como, por ejemplo: 1. Natural Machines, dio el nacimiento de Foondini en Barcelona el 2014, una Bioimpresora 3D que empezó con la idea de ser una pastelería en la casa del cliente, pero dio un giro y comenzó a imprimir diferentes alimentos entre ellos podemos destacar pasta, pescados con papas fritas, pasteles, pizzas y hamburguesas. 2. 3D Systems, si eres un amante del chocolate definitivamente te gustará esta Bioimpresora 3D llamada “CocoJet”, la cual utiliza solamente el chocolate como ingrediente, el cual es directamente distribuido de Hershey 's Company, para que puedas crear los modelos de chocolates que quieras. 3. WASP, una empresa proveniente de Italia con experiencia en el mundo de la impresión 3D, realizo un giro de 360° y comenzó con la producción de la Bioimpresión 3D de comida, tomando antiguos modelos de impresión y mejorandolos ofreciendo una increíble precisión al momento de imprimir y su nuevo tipo de extrusor para las masas. Aquí un link para visitar un video para ver cómo trabaja esta Bioimpresora: •

https://youtu.be/RhrsJx6_NyA

Proceso De Bioimpresión 3D El proceso de impresión 3D sigue siempre los mismos pasos. El primer paso consiste en la adquisición de imágenes que proporcionen una visión detallada del objeto que se pretende reproducir. Después, estas imágenes son procesadas de 3

manera informática con el objetivo de generar el modelo tridimensional del objeto, es decir, una imagen digital de la estructura. Ese modelo es el que seguirá la impresora 3D para realizar el proceso de fabricación por adición capa a capa de material, cuyo resultado final es una réplica del objeto modelado. La bioimpresión es un proceso que consta de 3 fases: una fase inicial de prebioimpresión, la fase en la que se realiza la bioimpresión propiamente dicha y, por último, una fase de post-bioimpresión. Los pasos principales en el proceso de bioimpresión, igual que en la impresión 3D, son: la toma de imágenes y el diseño digital de un modelo tridimensional de lo que se quiere reproducir; la elección de los materiales y células que se van a emplear como biotintas; y, por último, la bioimpresión de la estructura. En algunos casos, el constructo generado se puede emplear directamente, pero en otros casos se requiere un período de maduración del tejido u órgano producido. Actualmente, en la fase de pre-bioimpresión, resulta crucial la etapa de selección de las células, ya que, como se ha indicado con anterioridad, hay diferentes tipos celulares que pueden ser empleados en bioimpresión y es de gran importancia tener en cuenta la posibilidad de obtener un número suficiente de células. Las etapas de toma de imágenes y de diseño digital serán pasos esenciales de cara a generar órganos sólidos, ya que de ellos depende la capacidad para reproducir la arquitectura heterogénea y compleja de los mismos. En estas etapas, generalmente, se emplean tecnologías de imagen médica, como la Tomografía Computarizada y la Imagen por Resonancia Magnética (TC e IRM) para proporcionar información precisa sobre la estructura tridimensional. En cuanto al modelado digital de la arquitectura de los tejidos, el diseño guiado por ordenador y fabricación guiada por ordenador (CAD y CAM respectivamente por sus siglas en inglés) son las herramientas matemáticas empleadas con este fin. Tras la fase de bioimpresión propiamente dicha, y durante la fase de postbioimpresión, frecuentemente, es necesario que el tejido impreso tenga que pasar por un proceso de maduración. Esta maduración puede ocurrir in vivo, una vez trasplantado el tejido al propio paciente, o in vitro sometiendo al tejido impreso a cultivos sofisticados o en un biorreactor destinado a tal fin hasta que pueda ser trasplantado al paciente. El proceso de bioimpresión, debido a que necesariamente requiere el uso de células, debe realizarse en el laboratorio, en unas condiciones especiales similares a las de un laboratorio de cultivo celular. Tanto las instalaciones como el flujo de trabajo, deberán estar adaptados a los tipos celulares y materiales y a la técnica de bioimpresión utilizada garantizando la viabilidad de los tejidos bioimpresos. Como consecuencia del tiempo dedicado a la expansión de las poblaciones celulares a través de cultivo celular para ser empleadas en las biotintas, actualmente, por ejemplo, en el caso de la bioimpresión de grandes superficies de piel (1-2 m2) el proceso tiene una duración estimada de 2-3 semanas, aunque esto varía en función del tamaño del tejido que se quiera bioimprimir.

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Una ventaja derivada del proceso de bioimpresión es el hecho de que los documentos digitales de modelado tridimensional pueden compartirse fácilmente a través de internet haciendo posible el intercambio de diseños entre clínicos o investigadores. Por tanto, no es estrictamente necesario que todas las fases del proceso se realicen en el mismo lugar físico. Este amplio abanico de posibilidades permite que, aunque no se disponga de los medios necesarios para llevar a cabo todos los pasos del proceso de impresión, estas tecnologías sean bastante accesibles, siempre y cuando se disponga de una bioimpresora facilitando su uso. Por otro lado, La célula elegida para impresión debe ser capaz de expandirse en números suficientes en dicha impresión. El control preciso de la proliferación celular in vitro e in vivo es importante para la bioimpresión. La escasa proliferación puede dar lugar a la pérdida de viabilidad del impreso trasplantado, mientras que demasiada proliferación puede dar lugar a hiperplasia o apoptosis. Además, el momento de la proliferación celular es importante. Inicialmente, puede ser deseable una alta tasa de proliferación celular para poblar la construcción, pero a largo plazo, la proliferación debe mantenerse a una velocidad adecuada para lograr la homeostasis tisular, aunque sin hiperplasia. Se ha intentado resolver este problema mediante la transfección viral o el uso de moléculas pequeñas para inducir la proliferación celular y prevenir la senescencia

Las principales tecnologías de Bioimpresión

A) Bioimpresión de inyección: Técnica utilizada por las impresoras de tinta, en la que, por diferentes procedimientos, la biotinta con chorro de tinta cargada en el cartucho es descompuesta en gotas, cuyo tamaño y lugar de deposición son controladas por software para dar lugar al tejido. B) Bioimpresión de extrusión: Técnica en la que la biotinta almacenada en el cartucho se extruye por presión a través de un micro-extrusión dispensador con un sistema aéreo, mecánico o solenoide para imprimir de forma continua. Es la modalidad más común y empleada en investigación en bioimpresión debido a que es muy práctica y robusta y a su capacidad para fabricar constructos en 3D de mayor tamaño en tiempos asumibles.

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C) Bioimpresión asistida por láser: Técnica que consiste en un rayo láser que se enfoca sobre un sustrato absorbente que resulta en asistida por láser la generación de una burbuja por presión que fuerza al material biológico a depositarse sobre una superficie colectora. Las impresoras asistidas por láser tienen una mayor precisión y están en fase de desarrollo pronosticando una gran utilidad en el futuro. Deben considerarse las diferentes características de estas tecnologías de Bioimpresión, que son de manera general la resolución superficial, la viabilidad celular y los materiales biológicos utilizados para la impresión, así como sus ventajas y desventajas en general (tabla 1).

Tabla 1. Concentrado de las características de los distintos tipos de impresoras 3D comúnmente utilizadas en el área de la salud.

Ventajas y Desventajas de la Bioimpresión 3D En el mundo existen miles de personas que entran en lista de espera para la donación de un órgano y así prolongar la vida, la espera puede durar por mucho tiempo, ya que las donaciones buscan que un órgano externo se adapte al nuevo organismo, sin embargo, en algunos casos el órgano es rechazado por diferentes motivos. Entonces podemos decir que, el principal beneficio de los órganos impresos en 3D es que pueden ser modificados de manera que se adapten por completo al organismo del receptor. Otra ventaja fundamental es que, gracias al uso de esta tecnología, no hay necesidad de esperar a donantes, sino que se podrían fabricar órganos a demanda, acortando los plazos de espera. Los métodos de la ingeniería de tejidos tienen amplias perspectivas, ya que ofrece la posibilidad de reemplazar tejidos dañados con nuevo tejido derivados de pacientes. La impresión es casi inmediata y una vez fabricado se implanta de la misma manera que se haría con un órgano donado.

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Además de la extensión de la vida, podemos realizar reconstrucción facial, prótesis, reparación y reconstrucción ósea, entre otros adelantos tecnológicos que implementan la cooperación entre médicos, ingenieros y científicos de la computación. No obstante, existen varios obstáculos que impiden la plena aplicación del método de la ingeniería de tejidos para construcciones en 3 dimensiones como lo son la penetración celular y la siembra que no se controla, lo que resulta en el tejido con la maduración no uniforme. Los métodos de fabricación actuales no permiten intrincados diseños y patrones de células en 3D. También existe un enorme desafío en la colocación de diferentes tipos de células en localizaciones espaciales específicas, ya que los órganos están compuestos por muchos tipos de células. Otra de las dificultades es la vascularización, que es proporcionar un suministro adecuado de oxígeno y nutrientes a las células dentro de las construcciones de ingeniería tisular gruesas. Debido a que limitan la difusión de oxígeno y nutrientes, los tejidos más gruesos tienen problemas de difusión y no pueden sobrevivir ni pueden proliferar bien. De modo que, el poder adaptar las tecnologías de fabricación existentes para la ingeniería de tejidos sigue siendo un gran desafío.

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Conclusión Hoy en día, existen avances tecnológicos que podrían terminar con problemas mundiales, en este caso la Bioimpresión 3D, aunque no esté totalmente perfeccionado este tipo de tecnología, las personas que están asociadas a la ciencia y las que no, pueden ver el potencial de este. Si observamos el camino que los científicos recorrieron hasta llegar con la bioimpresión 3D, podemos darnos cuenta de que las primeras Bioimpresoras 3D realizaban sus impresiones en 2D, nivel a nivel, consiguiendo así un artículo 3D, pero los científicos, tanto en la antigüedad como en el presente, tuvieron sus dificultades. En la actualidad se puede destacar, el no poder imprimir órganos funcionales debido a la complejidad de estos. Aun así, los científicos que trabajan y ponen sus esperanzas en esta tecnología, lograron avanzar e imprimir la epidermis humana (piel humana) en tan solo 23 años, un gran paso, pues la complejidad solamente de la piel se veía imposible en ese entonces y hoy en día puede ser impresa en tan solo 3 a 4 horas. Los avances acontecidos hasta el momento y el gran impacto que el desarrollo de la bioimpresión se prevé que tenga en campos tan relevantes como el trasplante de órganos, la medicina regenerativa o el abordaje personalizado tumores, probablemente, darán lugar a nuevas estrategias diagnósticas y terapéuticas que configurarán el futuro tanto de la investigación biomédica como de los posibles tratamientos y aproximaciones a diferentes patologías. La importancia de la aplicación de la impresión tridimensional (3D) en medicina radica en permitir la reproducción de un tejido u órgano mediante el uso de la bioimpresión, con lo que se espera un impacto trascendente en múltiples especialidades médicas (cirugía plástica reconstructiva, cirugía maxilofacial, ortopedia, cirugía de columna, artroscopía, cirugía de trasplantes, entre muchas otras). La expectativa en Latinoamérica de estas tecnologías es que sean un campo emergente en beneficio de los pacientes con la generación de implantes u órganos personalizados que favorezcan el pronóstico y la evolución de los tratamientos otorgados. En adición, la Bioimpresión 3D no solo está en el campo de la medicina, también puede ayudarnos a la producción de alimentos, un mundo donde la comida es aún más fácil y accesible para todos. Esta tecnología es revolucionaria y transformará la manera en cómo vemos el mundo si logramos mejorar la Bioimpresión 3D lo suficiente.

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